Efektivní spalování alternativních paliv v pístovém spalovacím motoru

Abstract

Disertační práce se zabývá vývojem zapalovacího systému s vyplachovanou předkomůrkou pro spalování chudé směsi v pístovém spalovacím motoru. Na základě provedených experimentů a vytvořených simulačních modelů byl vytvořen detailní popis funkce tohoto zapalovacího sytému. Při řešení je využito 3-D CFD simulačních modelů, které se zaměřují na mechanismus tvorby směsi, kvality vyplachování a vývoje spalování, jak uvnitř předkomůrky, tak v hlavním spalovacím prostoru. Pomocí citlivostních studií je zkoumán vliv jednotlivých parametrů, a následně optimalizována geometrie předkomůrky. Vybrané varianty předkomůrek byly experimentálně testovány na nepřeplňovaném plynovém motoru pro ověření funkčnosti a životnosti. Experimentální motor byl provozován za použití alternativních paliv, jako je zemní plyn, propan-butan, vodík a kombinaci těchto paliv. Naměřená data byla využita také pro kalibraci simulačních modelů. Na základě získaných poznatků byly formulovány zásady pro optimální návrh a strategii řízení tohoto zapalovacího systému.

The presented work deals with the development of a scavenged pre-chamber ignition system for lean mixture combustion in a gas internal combustion engine. Based on performed experiments and numerical simulations, this ignition system was described in detail. 3-D CFD simulations provide the description of mixture formation, scavenging quality and combustion development inside the pre-chamber and in the main combustion chamber. The pre-chamber geometry is optimized based on sensitivity analysis, simulation and experimental results. Selected pre-chamber variants were experimentally tested on a naturally aspirated gas engine to verify its functionality and durability. The experimental engine was operated using alternative fuels such as natural gas, propanebutane, hydrogen and combinations thereof. The measured data were also used for calibration of simulation models. Based on the acquired knowledge, the principles for optimal pre-chamber design and control strategy of this ignition system were formulated.