1 / 41

Основан в 1830 г. В настоящее время – 13 факультетов, около 90 кафедр, около 25 000 студентов.

Основан в 1830 г. В настоящее время – 13 факультетов, около 90 кафедр, около 25 000 студентов. С 1907 г. выпускает инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания». The formation of NO x emisions in a Diesel engine converted into a spark ignition gas engine. by Revaz Kavtaradze

harvey
Download Presentation

Основан в 1830 г. В настоящее время – 13 факультетов, около 90 кафедр, около 25 000 студентов.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Bauman MoscowState Technical University (BMSTU) Основан в 1830 г. В настоящее время – 13 факультетов, около 90 кафедр, около 25 000 студентов. С 1907 г. выпускает инженеров по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» .

  2. .

  3. Доклад в University of Brighton 23 октября 2008 г. The formation of NOx emisions in a Diesel engine converted into a spark ignition gas engine by Revaz Kavtaradze Dr. Dip. Ing. Habil. Professor Internal Combustion Engines Department , Bauman Moscow State Technical University

  4. Концепции перевода поршневых двигателей на природный газ 1. Конвертирование серийных двигателей путем относительно несложных изменений в конструкции; 2.Создание и организация заводского производства новых двигателей, работающих на газе. С точки зрения материальных и временных затрат на широкое внедрение природного газа на автомобильном транспорте первый путь более привлекателен.

  5. Схемы двигателей, работающих на природный газ а — с искровым зажиганием (с внешним смесеобразованием); б — с зажиганием воспламеняющей дозой жидкого топлива (газожидкостный двигатель или газодизель); в — с форкамерно-факельным воспламенением; г – с искровым зажиганием (с внутренним смесеобразованием). I — момент появле­ния искры; II — период подачи газовоздушной смеси; III — период подачи воспламе­няющей дозы дизельного топлива. 1 — газовоздушный смеситель; 2 — свеча зажигания; 3 — дизельная форсунка; 4 — форкамера; 5- газовая форсунка;

  6. Gasoline Engine • Конвертирование бензинового двигателя в газовый двигатель: • - большой опыт конвертирования в газовые • двигатели; • - минимальные конструктивные изменения. • - работают, как правило, при αв≈1; • - характерны высокие температуры газа в • цилиндре (высокая концентрация NOx в ОГ); • - склонность к детонации.

  7. Diesel Engine Конвертирование дизеля в газожидкостный двигатель: - относительно малый опыт конвертирования; - минимальные конструктивные изменения; - образование в процессе гетерогенного сгорания твердых частиц сажи; - образование оксидов азота. Конвертирование дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием: - рабочий процесс осуществляется при высоких значениях αв>1, что - а) приводит к изменению условий теплообмена в камере сгорания и снижению тепловой напряженности деталей; б) позволяет избежать существенных изменений в системе охлаждения; в) Способствует т бездетонационному сгоранию гомогенной смеси. -сгорание гомогенное и проблема сажи практически снимается (за исключением сажи, возникшей в результате горения смазочного масла, доля которой относительно невысока); - замена форсунки для впрыскивания топлива свечой зажигания; - изменение конструкции КС, так как высокая степень сжатия в дизелях при их конвертировании в газовый двигатель снижается (в целях предотвращения детонации). Это осуществляется путем изменения конструкции поршня, в частности, камеры сгорания, расположенной в поршне.

  8. Основные факторы, влияющие на образование NOx в камере сгорания дизеля, конвертированного в газовый двигатель • Конструкция камеры сгорания, расположенной в поршне; • 2. Интенсивность вихревого движения заряда, • генерируемого впускными каналами • (тангенциальными и спиральными) серийного • дизеля; • 3.Угол опережения зажигания (момент начала • сгорания).

  9. Technical characteristics of a serial diesel engine of KamAZ-740 and its experimental version converted into a gas engine

  10. Combustion chamber (Diesel engine of KamAZ-740)

  11. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Combustion chamber (experimental gas engine)

  12. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Combustion chamber (experimental gas engine)

  13. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) MODELLING OF NON-STATIONARY TRANSPORT AND TURBULENT COMBUSTION PROCESSES IN THE ENGINE CYLINDER • 1. УРАВНЕНИЯ НАВЬЕ-СТОКСА

  14. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) • 2. Уравнение энергии • 3. Уравнение диффузии • 4. Уравнение сохранения массы (неразрывности) • - для i-того компонента

  15. Reynolds's form

  16. k – ε turbulence model , , . Turbulence equations of k - ε models for Reynolds's high numbers are applied to the areas remote enough from walls of a combustion chamber in which influence of molecular viscosity is very small in comparison with turbulent viscosity, and damping wall influence can be neglected. In the given work for modeling of a flux with Reynolds's low number, occurring in a turbulent interface, it is necessary to set boundary conditions for k in control volumes adjoining a combustion chamber wall. This task is carried out with the help «wall-boundary functions», offered by B.E. Launder and D.B. Spalding , representing a setof semi-empirical functions obtained on the basis of experimental researches and the theory of similarity. Distributions velocity and temperature distribution in a turbulent interface is set in dimensionless co-ordinates of “wall laws” .

  17. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Combustion model (Magnussen – Hjertager)

  18. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) MODELLING OF NITRIC OXIDES FORMATION IN COMBUSTION PROCESSES (expanded Zeldovich's mechanism)

  19. CFD МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) FIREUsers Manual Version 8.5AVL LISTGmbHGraz, Austria, 2007. Лицензионное соглашение DKNR: BMSTU 101107 междуМГТУ им. Н. Э. Баумана и AVL (“APS Consulting”)

  20. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Камеры сгорания газового двигателя .

  21. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Камеры сгорания газового двигателя

  22. NUMERICAL INTEGRATION OF TRANSPORT EQUATIONS For chambers investigated there have been generated grids with the average cell size of 5mm. For characteristic areas this size reached 0,5 mm. Total number of control volumes was about 80000 cells, thus the computational area consists on ~ 80 % from cells of hexagonal and on ~20 % from cells of tetrahedral forms. At piston moving to the top dead point (TDP), cells of a computational grid are being compressed along a cylinder axis, and at piston movement to the bottom dead point (BDP) they are stretched. Method SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)by S.Patankar and B.Spolding for numerical integration of transport equations is used. The method means calculations on stages like "predictor-corrector".

  23. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) COMBUSTION’S MODEL VERIFICATION:а) Experiment; б) B =16;в) B =18; г) B =17,7. С=0,5=const. (Ne = 156 kW, n = 1550 min-1)

  24. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) COMBUSTION’S MODEL VERIFICATION:а) Experiment; б) B =16;в) B =18; г) B =17,7. С=0,5=const. (Ne = 156 kW, n = 1550 min-1)

  25. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) COMBUSTION’S MODEL VERIFICATION

  26. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Speed fields m/s , ф=340 grad Смещенная КС Симметричная КС ω-образная КС Коническая КС

  27. Local temperatures (K) in the gas engine cylinder φ = 360º симметричная смещенная ω-образная коническая φ=370º

  28. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Local values of NOx concentration in the gas engine cylinder φ=390º

  29. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) turbulence kinetic energy in the gas engine cylinder n=1550 мин-1(режим максимального крутящего момента), Рк=1,453 бар, αв=1,5,φопреж. зажигания=20,6 град до ВМТ, угол открытия дросселя 79,4 % .

  30. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) heat generation in the gas engine cylinder n=1550 мин-1(режим максимального крутящего момента), Рк=1,453 бар, αв=1,5,φопреж. зажигания=20,6 град до ВМТ, угол открытия дросселя 79,4 % .

  31. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) temperatures (K) in the gas engine cylinder Частота вращения n=1550 мин-1(режим максимального крутящего момента), Рк=1,453 бар, αв=1,5, угол опережения зажиганияφопреж. зажигания=20,6 град до ВМТ, угол открытия дросселя 79,4 % .

  32. Local temperatures (K) in the gas engine cylinder .

  33. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) NOx concentration in the gas engine cylinder n=1550 мин-1(режим максимального крутящего момента), Рк=1,453бар, αв=1,5, φопреж. зажигания=20,6 град до ВМТ, угол открытия дросселя 79,4 % .

  34. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) ИЗМЕНЕНИЕ СКОРОСТИ НАРАСТАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФОРМЫ КСЧастота вращения n=1550 мин-1(режим максимального крутящего момента) .

  35. Speed fields (m/s) in the gas engine cylinder (rotational intensity Dn=nв/n) а) Dn = 0. б) Dn = 1. в) Dn = 2. Speed fields of a charge in the gas engine cylinder with the symmetric combustion chamber depending on rotational motion intensity (φ = 345º , a mode of partial loading Ne = 156 kW; n = 1550 min-1, the section location – 2 mm from a cylinder cover surface, at level of spark plug electrodes).

  36. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Local temperatures of working body (K) in the gas engine cylinder with a symmetric combustion chamber depending on rotational charge motion intensity (φ = 375º, a mode of partial loading Ne = 156 kW; n = 1550 min-1). Dn=0 Dn=1 Dn=2

  37. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) temperatures (K) in the gas engine cylinder • .

  38. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Кафедра «Поршневые двигатели» (Э2) Total concentration formed for a work nitric oxides cycle in the gas engine cylinder with a symmetric combustion chamber depending on rotational charge motion intensity (a mode of partial loading Ne = 156 kW; n = 1550 min-1). • .

  39. The ignition advance • .

  40. Animation

  41. CONCLUSION As a result of the researches the conclusion that converting of a diesel engine of KamAZ-740.13-240 into a natural gas one with spark ignition is expedient, both from economic, and from the ecological point of view proves to be true. For the gas engine the ignition advance angle θ = 26о before top dead point for a rated power mode and θ = 21оbefore top dead point for a partial loading mode (80 % from rated power) is recommended; vortical number Dn = 1 for both modes, and the symmetric (cylindrical) form of the combustion chamber.

More Related