Fluid physics for engine in-cylinder flow
- Reference number
- SM13-0020
- Start and end dates
- 140101-151231
- Amount granted
- 1 235 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Other
Summary
ENCYL will combine academic (KTH) and industrial (Scania) knowledge to further develop the understanding and modelling of gas motion under compression in a diesel combustion chamber. Such knowledge of the flow physics during the compression stroke in the four-stroke cycle will allow for better control and variability of the gas motion in the combustion chamber to obtain optimal gas motion at different operating conditions. Knowledge of fundamental flow and gas dynamics will be provided by KTH, whereas Scania can provide extensive knowledge of diesel engine performance that will help ENCYL to address relevant questions. One goal of ENCYL is to identify the mechanism for generation and dissipation of larger flow structures in the cylinder during compression prior to the start of combustion. This will partly be done through an extensive literature study of the relevant literature, which also means that publications outside of the engine field will be covered and interpreted in the current context, partly by further analysis of existing data. We also aim to develop a generic experimental set-up that will use a flow chamber with a movable piston for compression, where turbulence and flow structures can be generated prior to compression by a number of synthetic jets. In this way a combination of deterministic large-scale flow structures and random turbulence can be generated and the influence of compression on these studied in detail for improved modelling.
Popular science description
Det kan knappast ha undgått någon att förbränningsmotorn ofta utses som en av bovarna vad gäller klimathotet men också av skadliga utsläpp av avgaser och partiklar. Detta är dock inte helt överstämmande med verkligheten, förbränningsmotorn har blivit mycket renare under de senaste decennierna, speciellt gäller detta dieselmotorerna. Effektiviteten har ökat signifikant som därmed ger minskad bränsleförbrukning och lägre CO2. Strävan mot ännu lägre förbrukning är dock stark och ENCYL projektet är en del av denna strävan. I cylindrarna på en dieselmotor sker förbränning av en blandning av bränsle och luft. Luften tas in genom insugningsventiler och bränslet sprutas med högt tryck ut genom smala hål i form av en stråle som bryts upp i små droppar. För att få en bra och effektiv förbränning krävs att bränslet och luften blir väl blandade. Genom insugningsventilernas utformning och placering kan strömningen generera antingen ”swirl”, dvs gasen snurrar runt parallellt med kolvens yta, eller ”tumble” dvs gasen rör sig runt i höjdled. Man kan också tänka sig en utformning där man bägge typerna av rörelse genereras. Innan förbränningen så komprimeras gasen genom att kolven rör sig in i cylindern. När tryck och temperatur blivit tillräckligt höga för att åstadkomma antändning sprutas bränsle in. Förståelsen för vad som händer med strömningsbilden under förloppet när gasen komprimeras är idag bristfällig och med projektet ENCYL kommer vi, dvs KTH och Scania, att samarbeta för att förbättra denna situation. I en motor finns det möjligheter att t.ex. påverka inströmningen till cylindern genom utformningen och placering av insugsventilerna, men det finns också möjlighet att utforma kolvens geometri på ett optimalt sätt (kolvens yta behöver inte vara plan), men också kanske möjlighet att påverka var och när EGR gaser skall blandas med luften. En faktor som påverkar effektiviteten i motorn är värmeöverföringen till cylinderväggarna, genom att minimera denna kan effektiviteten höjas. Värmeöverföringen beror till stor del på strömningen i cylindern. Inom projektet ENCYL så kombineras grundläggande (KTH) och industriell (Scania) kunskap för att förbättra förståelse och modellering av strömningen under kompressionsfasen i dieselmotorns förbränningsrum. I slutändan kommer det att leda till bränsleeffektivare motorer, och därmed minska den direkta kostnaden för transporter av personer och gods, men också minskade CO2 utsläpp vilket ger en minskad påverkan på klimatet.