Analiza fizikalnog zakašnjenja paljenja i primjena modela rasta jezgre plamena u Ottovom motoru

undergraduate thesis

• Title (english): Analysis of ignition delay and application of flame kernel growth model in spark ignition engine
• Author: Ante Bubalo
• Mentor: Momir Sjerić (mentor)
• Committee member: Igor Karšaj (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Marko Jokić (član povjerenstva)
• Committee member: Rudolf Tomić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2021-02-25, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering; General Mechanical Engineering (Construction)

Abstract

Vozila pogonjena motorima s unutarnjim izgaranjem glavni su način transporta u svijetu. Pred proizvođače se stavlja konstantan zahtjev za poboljšanjem pa su vozila u svakoj novoj generaciji jača, sigurnija, udobnija, štedljivija i čistija . To ujedno znači velik trošak za istraživanje i razvoj pa proizvođači traže način kako poboljšati proces razvoja vozila. Zbog mogućnosti koje nude i prihvatljivog troška kao odličan alat pokazale su se računalne simulacije koje su sada nezaobilazne u razvoju gotovo svih komponenti vozila. Ovaj rad bavi se simulacijskim modelom koji opisuje rad odabranog motora, njegovom primjenom i usporedbom rezultata s eksperimentalnim podacima. Proizvođači motora s unutarnjim izgaranjem suočeni su s velikim brojem izazova; međunarodne organizacije i vlade postavljaju zahtjeve vezane za emisiju štetnih plinova koje su svake godine sve oštrije, zahtjevi potrošača su što je moguće manja potrošnja, uz jednaku ili veću snagu, pa je razvoj novog vozila traženje optimuma u svim zahtjevima. Temelj svake optimizacije u motorima je optimizacija procesa izgaranja. U Ottovim motorima proces izgaranja započinje preskakanjem električne iskre no izgaranje ne počinje trenutno već se javlja zakašnjenje paljenja u kojem se formira jezgra plamena. Fizikalno zakašnjenje paljenja predstavlja period od trenutka preskakanja električne iskre do trenutka kada nastaje primjetan porast tlaka u usporedbi s profilom tlaka ostvarenim bez izgaranja i vrlo je važno u opisivanju procesa izgaranja.

U ovom radu je analizirano fizikalno zakašnjenja paljenja, a analiza je provedena usporedbom eksperimentalnih podataka i simulacijskih rezultata dobivenih primjenom programa AVL BOOSTTM. Primijenjen je kvazi-dimenzijski model rasta jezgre plamena kojim se može obuhvatiti fizikalno zakašnjenje paljenja u Ottovim motorima. Pokazano je da model rasta jezgre plamena dobro opisuje fenomen zakašnjenja paljenja, prosječno odstupanje u rezultatima je 17.75% s tim da su neke točke pokazale povećano odstupanje te uz dodatnu prilagodbu u tim točkama opisivanje zakašnjenja paljenja može biti još bolje. Primijenjeni model može se koristiti i za analizu brojnih drugih veličina pa je tako prosječno odstupanje kvazi-dimenzijskih rezultata indicirane specifične potrošnje u odnosu na rezultate dobivene eksperimentalnim putem 5.51%.

Abstract (english)

Main form of transportation in today's world is by vehicles with internal combustion engines.
Manufacturers are under constant pressure to develop quicker, safer, more comfortable and cleaner vehicles. Low fuel consumption is another important demand. All of that raises R&D costs significantly and therefore manufacturers are looking for ways to improve development processes of new vehicles. Because of high computational power of modern computers and relatively low costs, applicaton of computational simulations in development of new vehicles is a new standard. Rules regarding vehicle emissons are getting more strict by every generation and manufacturers are forced to obey them, whilst costumers have demand of low fuel consumption with same or more powerful engines. Therefore optimization of every componet is much needed. Basis of any optimization of IC engine is optimization of combustion process. In SI engines combusion starts by electric discharge of a spark plug. Combustion, however, is not instantaneous, electric discharge is followed by ingintion delay in which the flame kernel is formed. Ignition delay is defined as period from spark discharge untill significant rise of pressure can be traced.

This paper analizes ignition delay using experimental data and simulation model of particular engine. Simulation model is formed in AVL BOOSTTM program and Flame Kernel Growth Model is applied. This paper shows that Flame Kernel Growth Model is excellent tool for describing ignition delay phenomena, average deviation in results when comparing simulation and experimental results is 17.75% with huge potential for improvement if certain working points are better described.

• Keywords: Ključne riječi: Ottov motor; zakašnjenje paljenja; simulacija radnog ciklusa; model rasta jezgre plamena.
• Keywords (english): Key words; Spark ignited engine; igniton delay; Flame Kernel Growth model; cycle simulation.
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:749727
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2021-02-25 17:09:50