Troels Dyhr Pedersen.indd - Solid Mechanics

4 Resumé (dansk)
- 10 - -
Denne afhandling er baseret på eksperimentale såvel som numeriske studier af
forbrænding af dimethyl æter i HCCI motorer.
Den første artikel som blev udgivet beskriver HCCI forbrænding af ren DME i en mindre
diesel motor. Eksperimentet var designet til at undersøge indflydelsen af motorhastighed,
kompressionsforhold og luft/brændstofforhold på forbrændingen. Det blev vist at det
nødvendige kompressionsforhold afhænger af blandingsforholdet. Et højere
luft/brændstofforhold kræver et højere kompressionsforhold for at opnå ren forbrænding,
eftersom temperaturniveauet skal hæves for at opnå samme reaktionshastighed ved en
mere mager blanding. Studiet belyste endvidere vigtigheden i at anvende det korrekte
kompressionsforhold, såvel som de operationelle grænser og sammensætningen af
udstødningen fra HCCI forbrændingen.
HCCI forbrændingsprocessen er styret af hastigheden i de kemiske reaktioner. Det er
således nødvendigt at forstå de overordnede reaktionsmønstre i forbrændingen af DME
for at få et overblik over de mekanismer der styrer forbrændingens faser. Reaktionerne
blev derfor undersøgt gennem simuleringer i CHEMKIN II [1] med en detaljeret
reaktionsmekanisme for DME, som er udviklet ved Lawrence Livermore National
Laboratory [2]. De dominerende reaktionsveje blev identificeret og opstillet i en simplere
mekanisme kun indeholdende 55 reaktioner. Denne mekanisme bibeholder de vigtigste
indledende reaktioner såvel som de dominerende reaktioner i hhv. lavtemperatur og
højtemperatur forbrændingsfaserne. Ved at reducere mekanismen til det simplest mulige
bliver den mere anvendelig i CFD modeller af HCCI forbrænding. Antallet af
reaktionsligninger har stor indflydelse på de beregningsmæssige krav og tidsforbruget i
en simulering, idet begge kan reduceres betragteligt ved kun at medtage de nødvendige
reaktioner.
Reaktioner for metanol og metan blev ligeledes inkluderet i mekanismen, da disse to
brændstoffer hyppigt anvendes til at kontrollere koncentrationen af radikaler i
forbrændingens lav temperatur fase, samtidig med at motoreffekten kan øges. Brugen af
metanol blev testet med succes i en stor dieselmotor udstyret med commonrail
indsprøjtning. I denne motor var stemplerne blevet modificeret således at
kompressionsforholdet var reduceret til 14.5. Dette kompressionsforhold tillader stadig
DI CI drift med DME, men kræver en væsentlig forsinkelse af forbrændingen ved HCCI
drift med DME såfremt forbrændingen skal ligge efter TDC i den mest optimale position.
Ved at tilføre metanol i motorens indsugningsmanifold under HCCI forbrænding af DME
opnåedes omkring 50 % af motorens fulde moment ved 1000 omdr/min uden bankning,
og et lidt lavere moment ved 1800 omdr/min hvor der ikke kunne tilføres samme mængde
metanol. Motoren var også udstyret med et EGR system og køler, som blev brugt til at
demonstrere virkningen af recirkuleret udstødningsgas på forbrændingens timing. EGR
procentdelen, som er begrænset til omkring 30 procent ved normal DI CI drift, kunne
øges til omkring 70 % hvorved forbrænding kom til at ligge tæt ved TDC. Disse
eksperimenter blev udført i Tokyo i 2008 og er beskrevet i den anden artikel.