Hoppa till innehåll
EN In english

Strömningsfysik i motorcylinder

Diarienummer
SM13-0020
Start- och slutdatum
140101-151231
Beviljat belopp
1 235 000 kr
Förvaltande organisation
KTH - Royal Institute of Technology
Forskningsområde
Övrigt

Summary

ENCYL kombinerar grundläggande (KTH) och industriell (Scania) kunskap för att förbättra förståelse och modellering av strömningen under kompressionsfasen i dieselmotorns förbränningsrum. Förståelse för strömningsfysiken under kompressionsfasen i en fyrtaktsmotor kommer att ge bättre kontroll av strömningen i förbränningsrummet och möjliggöra optimala förhållanden vid olika driftpunkter. Kunskap om grundläggande strömningsfysik finns på KTH och med Scanias kunskaper om dieselmotorns arbetssätt säkerställs att ENCYL arbetar med relevanta frågeställningar. Ett mål för ENCYL är att identifiera de mekanismer som är viktiga för generering och dissipation av stora virvelstrukturer i cylindern under kompressionsfasen. Detta kommer göras genom en omfattande litteraturstudie av relevanta publikationer, vilket också innebär att publikationer som ligger utanför motorområdet kommer att tas med och relateras till motorsammanhanget. En annan del av ENCYL innebär en fortsatt analys av data som redan finns tillgängliga. Inom ENCYL planerar vi också att utveckla ett generiskt experiment som kommer att bestå av en strömningskammare med en rörlig kolv. I kammaren skall turbulens och strömningsstrukturer genereras med sk syntetiska jetstrålar, vilket gör det möjligt att introducera storskaliga strömningsstrukturer tillsammans med slumpmässiga turbulens. Påverkan på dessa skall sedan kunna studeras under kompressionsfasen i detalj med syfte att förbättra modelleringen av strömningsfältet.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.