On the Impact of Piston Motion and In-Cylinder Charge Composition on Energy Release, Auto Ignition and Emission Formation in Premixed Charge Internal Combustion Engines

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Avhandlingen pressenterar resultat från fyra studerade områden; En undersökning av hur nya kolvrörelser (volym-vevvinkel relationer) påverkar utsläpp, effekt och verkningsgrad; En undersökning av hur kväveoxid påverkar självantändning och knack; En undersökning av hur vätgas och reformerad metanol (RMG) kan utnyttjas som bränsle, dels i vanliga tändstiftsantända (SI) motorer, dels i kompressionsantända (HCCI) motorer; Resultat från mjukvaruutveckling av ett zonbaserat motorsimuleringsprogram med detaljerad kemisk kinetikberäkning. Mjukvaruutvecklingen av programmet för kemisk kinetikberäkning inriktades på att möjliggöra modellering av alla motorns fyra slag. Modeller för variabel massa i cylindern, gasflöde genom ventiler och blandning av gas, både i och utanför cylindern, implementerades. Också ekvationslösningsalgoritmen utvecklades så modellen klarar flerzonsberäkningar. Kväveoxid befanns, både i en modelleringsstudie och i en experimentell studie, ha en inverkan på självantändning och knack. Modelleringsstudien visade att kväveoxid har en maximal knackframkallande nivå på 500 ppm. Den experimentella studien visade att ökad mängd kväveoxid ökar knackintensiteten i motorn, men inget maximum hittades. Kompressions- och tändstiftsantända motorer drivna med förblandad väte-luft eller RMG-luft blandning studerades med avseende på operationsområde, effekt, verkningsgrad och utsläpp. För tändstiftsantänd motor togs dessutom en empirisk flamhastighetsmodell fram. Vid undersökningen av verkningsgrad beaktades reformationsprocessen som framställer vätgas eller RMG ur metanol. Operationsområdet för de två bränslena befanns vara begränsat till magra blandningar och motoreffekten var ungefär hälften av den som motsvarande motor presterar med normala bränslen men den indikerade verkningsgraden var hög. Vid kompressionsantändning var utsläppen av kväveoxider låga men förbränningsverkningsgraden sjönk då blandningen blev magrare vilket resulterade i höga utsläpp av oförbränt bränsle. Undersökningen av nya kolvrörelser visade att varken verkningsgrad eller effekt påverkades i någon större utsträckning av kolvrörelsen så länge expansionsförhållandet hålls konstant. Utsläpp av kväveoxider och kolmonoxid påverkades av kolvrörelsen men inte i en utsträckning att konceptet utgör ett alternativ till katalysatorrening av avgaserna.