Investigation of the torch-ignition in a lean-burn internal combustion engine with catalytic prechamber

• Autorzy: Łapucha R. , Mazurkiewicz J.

Warianty tytułu

PL

Badania zapłonu żagwiowego ubogich mieszanek w silniku tłokowym z katalityczną komorą wstępną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present work it is proposed to improve the efficiency of an Otto engine by a substantial increase of the compression ratio, the use of a lean mixture and the application of the prechamber with a catalytic insert. For experiments the four cylinder engine Ford FSD 425 was selected Modification of Diesel engine to the Otto cycle was performed, by replacing the fuel injectors with prechambers, equipped with the catalytic insert and ignition plugs. For this configuration of the engine the geometric compression ratio was in the range [eta]=15,5-16. Investigation showed that for the engine with the torch-ignition the range of stable operation depends on: 1) method of creation of the torch-ignition, 2) kind of the catalyst and 3) kind of the fuel. The torch-ignition in the prechamber can be created by means of: 1) the spark ignition, 2) the spark-catalytic ignition and 3) the pure catalytic ignition. Experiments were performed with two kinds of catalysts (Pt and Ni) and unleaded petrol ON 98 and ON 95. Investigation showed that for the engine with the spark-catalytic ignition, the range of the stable operation was the widest for the Ni catalyst and ON 98 unleaded petrol (1,38 < L < 1,63). In the case of unleaded petrol ON 95, the range of the stable operation is shifted in leaner mixtures direction. Emissions of HC and CO and the specific fuel consumption ge are the lowest for the engine with the pure catalytic ignition and then for the spark-catalytic ignition.

PL

Przedstawiono propozycję zwiększenia sprawności silnika tłokowego o obiegu Otto przez znaczący wzrost stopnia sprężenia, użycie ubogich mieszanek i zastosowanie komory wstępnej z wkładką katalityczną. Do badań wybrano 4-cylindrowy silnik Ford FSD 425. Modyfikację silnika wysokoprężnego do obiegu Otto przeprowadzono przez zastosowanie w miejsce wtryskiwaczy paliwa komory wstępnej z wkładką katalityczną i świecą zapłonową (zapłon żagwiowy). Dla tego układu silnika geometryczny stopień sprężania zawierał się w przedziale [eta] = 15,5-16,0. Badania wykazały, że dla silnika z zapłonem żagwiowym zakres stabilnego działania zależy od: 1) sposobu wytwarzania zapłonu żagwiowego; 2) rodzaju katalizatora i 3) rodzaju paliwa. Zapłon żagwiowy w komorze wstępnej może być wytwarzany przez: 1) zapłon iskrowy, 2) zapłon iskrowo-katalityczny i 3) czysty zapłon katalityczny. Badania przeprowadzono z dwoma rodzajami katalizatorów (Pt i Ni) oraz benzyną bezołowiową o liczbach oktanowych LO98 i LO95. Badania wykazały, że dla silnika z zapłonem iskrowo-katalitycznym zakres stabilnego działania był najszerszy dla katalizatora Ni i benzyny bezołowiowej LO98 (1,38 < l < 1,63). W przypadku zastosowania benzyny bezołowiowej LO95 zakres stabilnego działania jest przesunięty w bardziej ubogi zakres dzialania. Jednostkowe zużycie paliwa ge oraz emisja HC i CO są najniższe dla silnika z zapłonem czysto katalitycznym, a następnie dla silnika z zapłonem iskrowo-katalitycznym.

Słowa kluczowe

EN

engine; ignition; tests

PL

silnik tłokowy; zapłon; badania

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2002
• Tom: z. 3-4 (170-171)
• Strony: 99--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Łapucha R.

• Institute of Aviation

autor

Mazurkiewicz J.

• Institute of Aviation

Bibliografia

• [1] Beyerlein S. W., Wójcicki S.: A Lean-Burn Catalytic Engine. SAE Technical Paper Series, No 880574, 1988.
• [2] Cho P., Law C. K.: Catalytic Ignition of Fuel/Oxygen /Nitrogen Mixtures over Platinum. Combustion and Flame 66: 159-170(1986).
• [3] Haskell W., Legate C: Exhaust Hydrocarbon Emissions from Gasoline Engines-Surface Phenomena. SAE paper 720255, 1975.
• [4] Houdry E.: United States Patent 2,632,296, filed March 1954.
• [5] Jarosiński J. Łapucha R., Mazurkiewicz J.: Catalytic Assistance of Ignition and Combustion in Internal Combustion Engine. 3rd Asia-Pacific International Symposium on Combustion and Energy Utilization, 1995.
• [6] Jarosiński J., Łapucha R., Mazurkiewicz J.: Investigation of a Lean-Burn Piston Engine with Catalytic Prechamber. SAE paper 960083, 1996.
• [7] Jarosiński J., Łapucha R., Mazurkiewicz J.: Combustion in a Lean-Burn Piston Engine with Catalytic Prechamber. 4rd Asia-Pacific International Symposium on Combustion and Energy Utilization, 1997.
• [8] Jones R. L.: Catalytic Combustion Effects in internal Combustion Engines. Combust. Sci. and Tech., 1997, Vol. 129. Pp. 185-195.
• [9] Pfefferle W.: Catalytic Engine Apparatus. United States patent 3,923,011, filed December 1975.
• [10] Rychter T., Saragih R., Leżański T., Wójcicki S.: Catalytic Activation of a Charge in a Prechamber of a SI Lean-Burn Engine. Eighteen Symposium (International) on Combustion, pp. 1815-1824, 1981.
• [11] Williams W. R., Stenzel M. T., Song X., Shmidt L. D.: Bifurcation Behaviour in Homogeneous - Heteregeneous Combustion: I. Experimental Results Over Platinum. Combustion and Flame 84: 277-291 (1991).