Troels Dyhr Pedersen.indd - Solid Mechanics

- 11 - -
En af begrænsningerne ved HCCI forbrænding er bankning, som forværres med
blandingsforholdet. En højere koncentration af brændstof medfører højere
reaktionshastigheder, og da reaktionen ikke forløber jævnt i hele volumenet skaber dette
tilsvarende højere tryk gradienter under forbrændingen. Disse tryk gradienter medfører
akustisk resonans i forbrændingskammeret. En del af energien i resonansen overføres til
cylinder foringen og videre ud i motorblokken, hvilket anslår motorblokkens
egenfrekvens. Motoren udstråler derfor støj både ved direkte transmitterede frekvenser
såvel som ved motorens egenfrekvens.
Den tredje artikel beskriver afprøvning af forskellige udformninger af stempeltoppe.
Disse testes for deres evne til at reducere den akustiske resonans i cylinderen og dermed
den udstrålede støj. Studiet viste at det er vigtigt at cylinderforingen bliver dækket mest
muligt af under forbrændingen, altså med et stempel som når op til topstykket.
Forbrænding i hulrum i stemplet gav langt mindre støj end hvis forbrændingen foregik i
et fladt kammer eller på ydersiden af stemplet. Det mest bemærkelsesværdige resultat var
forskellen mellem to almindelige stempler: det flade stempel som anvendes i SI motorer
og det skålformede som anvendes i CI motorer. Sidstnævnte gav den mest lydløse
forbrænding af alle testede stempler. Forbrændingsvirkningsgraden blev dog forringet i
det skålformede stempel da dette havde et uforholdsmæssigt stort volumen mellem
cylinder og stempel.
Den fysiske forklaring på tryk gradienternes opståen er i store træk ukendt og dermed
vanskelige at modellere. Der er dog indikationer på at tryk gradienterne i en vis
udstrækning kan opstå som følge af detonationer. I nogle tilfælde er trykstigningerne så
voldsomme at de ikke har noget tilfælles med almindelige trykbølger forårsaget af
eksplosioner, hvormed de kun kan skyldes detonationer.
Detonationer kan udvikle sig som følge af trykbølger fra eksplosioner, som finder sted
lokalt i cylinderen. Selvom en detonation ikke når at udvikle sig fuldt ud til en stationær
tilstand vil den stadig kunne danne en kraftig trykbølge i en cylinder, hvor gassen allerede
er delvist reageret og har en høj reaktionshastighed som følge af de høje temperaturer.
Det er muligt at beregne chokbølgers og detonationers egenskaber med stor nøjagtighed
under stationære forhold, men den transiente udvikling er mindre velkendt. Det er derfor
af stor interesse at undersøge hvilke betingelser der ligger til grund for udviklingen af
detonationer under forbrændingen. Dette blev undersøgt i et CFD studium. Formålet med
studiet var at undersøge om detonationer kunne opstå i CFD simuleringer af konstant
volumen forbrænding af en mager blanding af DME og atmosfærisk luft. STAR-CD [3]
blev anvendt sammen med den simple mekanisme for DME som tidligere var blevet
udviklet. Studierne viste at med en tilstrækkelig rumlig og tidsmæssig opløsning kunne
detonationsbølger opstå i simuleringerne. Den vigtigste følge heraf er at almindelige CFD
modeller vil kunne benyttes til at undersøge hvilke betingelser detonationer opstår under.