Modelling and simulation of working processes in Wankel engine with direct hydrogen injection system

• Autorzy: Mitianiec W.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i symulacja procesów roboczych w silniku Wankla z bezpośrednim wtryskiem wodoru

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Wankel engines were very attractive in automotive sector almost forty years ago because of small dimensions, compactness, simple design, smoothness of engine work and lack of vibration caused by inertia forces. The disadvantage of such engine was very high pollution, especially of hydrocarbons and carbon monoxide and high fuel consumption. These disadvantages can be eliminated by applying of direct injection of hydrogen and in the aviation sector by applying of fuel with high octane number also at a direct injection system. The main objective of the work is modelling of the thermodynamic process taking place during the scavenge process in such engine. At assumed geometry of the engine, initial and boundary conditions the change of engine parameters such as pressure, temperature, density, heat exchange and volume are calculated on the base of zero-dimensional model as a function of rotation angle of the piston. Forming of the mixture during fuel injection process in compression process gives information about the air excess ratio. The presented model is applicable for different sort of fuels. This work is introduction to a broader analysis of the processes in spatial system. Application of hydrogen reduces of toxic components emission from such engine, but decreases also engine power.

PL

Silnik Wankla byl bardzo interesujący dla przemysłu samochodowego prawie czterdzieści lat temu ze względu na małe wymiary, kompaktowość, prostą konstrukcję, równomierność pracy silnika i brak drgań wywołanych siłami bezwładności. Wadą tego silnika była duża toksyczność emitowanych spalin, szczególnie węglowodorów i tlenków azotu oraz duże zużycie paliwa. Te niedoskonałości silnika mogą być wyeliminowane dzięki zastosowaniu bezpośredniego wtrysku paliwa o dużej liczbie oktanowej lub wodoru. Głównym celem pracy jest modelowanie parametrów termodynamicznych procesów zachodzących w czasie przepłukania w tym silniku. Przy założonych parametrach geometrycznych silnika, warunkach brzegowych i początkowych obliczono zmiany parametrów takich, jak: ciśnienie, temperatura, gęstość, prędkości wlotu i wylotu za pomocą własnego programu komputerowego opartego na modelu 0-D w funkcji kąta obrotu wału korbowego. Tworzenie mieszanki podczas wtrysku paliwa daje informację o współczynniku nadmiaru powietrza. Zaprezentowany model obliczeniowy jest dostosowany do różnego rodzaju paliwa. Praca jest wstępem do szerszej analizy procesów przestrzennych w komorze spalania. Zastosowanie wodoru zmniejsza emisję szkodliwych składników spalin, lecz zmniejsza również moc silnika.

Słowa kluczowe

EN

combustion engines; Wankel engine; scavenging process; hydrogen combustion

PL

silniki spalinowe; silnik Wankla; przepłukanie; spalanie wodoru

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 54, nr 2
• Strony: 42--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., wykr.

Twórcy

autor

Mitianiec W.

• Cracow University of Technology in the Faculty of Mechanical Engineering at CUT

Bibliografia

• [1] Ramos J.I. Internal combustion engine modelling, Hemisphere Publishing Corporation, New York.
• [2] Wankel F. Rotary piston machines, classification of design principles for engine, pumps and compressors, London Life Books, London 1963.
• [3] Okhubo M., Tashima S., Shimizu R., Fuse S., Ebino H. Developed technology of the new rotary engine, SAE Paper 2004-01-1790, Warrendale, 2004.
• [4] Keck J.C., Heywood J.B. Experimental and theoretical analysis of Wankel engine performance, SAE Paper 780416, Warrendale, 1978.
• [5] Bartrand T., Willis E. Performance of a supercharged direct injection stratified charge rotary combustion engine, NASA Technical Memorandum 103105, Ocean City, NJ 1990.
• [6] Szlachetka M., Wendeker M., Czarnigowski J., Jaklinski P., Grabowski Ł. A simulation research of a hydrogen injection system for a Wankel engine, Combustion Engines, PTNSS-2010-SS2-214, No. 2/2010 (141) pp. 114-122, Bielsko-Biala 2010.
• [7] Rannacher R., Heuveline V. A numerical tool for flow simulation in a Wankel motor, Institut für Angewandte Mathematik, Universität Heidelberg, 2000.
• [8] Yamamoto K., Rotary engine, Toyo Kogyo Co, Ltd, Tokyo 1981.
• [9] Drogosz P. Trajectory of the apex seals of the Wankel rotary engine, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol. 18, No 2, Warszawa 2011.
• [10] Izweik H.T. Mixture formation, flow and combustion for multi-fuel rotary engine, Doctor Thesis, Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus 2009.
• [11] Warren S.E. New rotary engine designs by deviation function method, Doctor Dissertation, University of California, Los Angeles 2012.
• [12] Ma H., Kuo C., Chen C. Chamber contour design and compression flow calculations of rotary engine, Journal of C.C.I.T., Vol.39, No.1, May, 2010.
• [13] Votaw Z.S. Computational Study on micropilot flame ignition strategy for a direct injection stratified charge rotary engine, MSc Thesis, Wright State University, 2012.
• [14] Mitianiec W. Wtrysk paliwa w silnikach dwusuwowych małej mocy. Polska Akademia Nauk, ISDN-83-87854-31-X, Kraków 1999.
• [15] Zhao Y. et al. CFD simulation of a pump with Wankel engine geometry, The 11th Asian International Conference on Fluid Machinery and the 3rd Fluid Power Technology Exhibition, Madras, Chennai, India, 2011.