Full Cycle Engine Simulations with Detailed Chemistry

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Modelleringsarbetet utvecklat i denna avhandling, kan delas in i två huvudområden: självantändning i ottomotorer, samt förbränning och emissioner i dieselmotorer. En första version av ett motorsimuleringsprogram med detaljerad kemisk kinetik, utökad för att innefatta full-cykel beräkningar, användes för att visa den starka påverkan som kväveoxider i restgaser har på självantändning och dess tidpunkt. Beräkningarna visade att en koncentration på ca 500 ppm i insugsgaserna ger största bidrag för självantändning. Utökade simuleringsmöjligheter erhölls genom att integrera den internt utvecklade koden med ett kommersiellt 1-D motorsimuleringsprogram. Genom denna integration var det möjligt att simulera förbränning och emissioner med detaljerad kemisk kinetik, samtidigt som de globala driftsparametrarna kunde övervakas. Större noggrannhet för beräkning av självantändning erhölls genom användandet av en stokastisk reaktor modell (SRM) för ottomotorberäkningar. Baserad på probability density function (PDF) är det med denna model möjligt att modellera fenomen som har en stark påverkan på motorknack, såsom: turbulent omblandning och inhomogeniteter, fenomen som oftast lämnas utan hänsyn i normala befintliga motorsimulerings program. Samtidigt som beräkningstiden kan hållas nere, ger den stokastiska modellen goda och korrelerade resultat tack vare att detaljerad kemi kan användas. I den andra delen av avhandlingen, utvecklades den stokastiska reaktor modellen, för undersökning av dieselmotorers förbränning och emissioner. Syftet med denna implementation var huvudsakligen för beräkningar av NOx- och sotemissioner. Sotberäkningar gjordes med moment-metoden som visar god korrelation med mätningar gjorda för kimrökreaktorer. Den utvecklade Diesel-SRM modellen användes för undersökningar på dels en FIAT personbilsmotor, samt dels för en lågvarvig skeppsmotor. Modellen är kapabel att korrelera tändtidpunkt, samt indikera trender för NOx- så väl som för sotgenerering.