Experimental study of combustion process in a high aspect ratio engine

• Autorzy: Kalina P. , Rusin M. , Jarosiński J.

Warianty tytułu

PL

Badanie procesu spalania w silniku miniaturowym

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy jest optymalizacja procesów sprężania, zapłonu i spalania w małym silniku o wyjątkowo dużym stosunku powierzchni do objętości. Dla zbadania tych procesów zbudowano niewielką maszynę pojedynczego sprężania. Średnica tłoka w tej maszynie wynosiła D = 6mm, a maksymalny skok tłoka L = 12mm. Maszynę zasilano stechiometryczną mieszanką propanu z powietrzem lub wodoru z powietrzem. Nagrzana do odpowiedniej temperatury spiralka z drutu o własnościach katalitycznych służyła do zapłonu mieszanki. W wyniku przeprowadzonych eksperymentów stwierdzono, że proces sprężania w badanym silniku przebiegał izotermicznie. Poważnym problemem w tym silniku okazała się martwa przestrzeń kształtowana przez różnego rodzaju szczeliny. Sprężanie izotermiczne i martwa przestrzeń są przyczyną występowania niskich ciśnień sprężania. Stwierdzono również, że nie ma możliwości spalenia mieszanki w izolowanej komorze wstępnej o bardzo małej objętości (o wymiarach fi 2,8mm x 4,7mm). Pomyślny zapłon i następujące po nim spalanie mieszanki są możliwe wówczas, gdy komora wstępna jest uzupełniona o pewną - dodatkową przestrzeń wypełnić mieszanką palną.

EN

The main objective oj the present study is optimization of the compression, ignition and combustion processes in an internal combustion engine with high aspect ratio. A small rapid compression machine was build to study these processes in detail. The bore diameter and stroke of this machine was D=6mm and L=12mm respectively. Stoichiometric propane-air and hydrogen-air mixtures were employed in experiments, The catalyst heated to necessary temperature was used to ignite the mixture. It was found experimentally that the compresion process in a high aspect ratio engine was isothermal. The serious problem in this engine is also dead volume created by crevices. Isothermal compression and dead volume are responsible for very Iow value of maximum compression pressure. It was also found that the mixture couldn't be ignited in a very small volume (V=27mm 3) of the catalytic prechamber (with dimensions (fi)2.8mmx4.7mrn). Some additional volume in a form, the combustion chamber should be added to make possible ignition and following to it combustion of the mixture.

Słowa kluczowe

PL

proces spalania; silnik miniaturowy; optymalizacja procesów sprężania, zapłonu i spalania; maszyna pojedynczego sprężania

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 11, No. 1-2
• Strony: 300--307
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Kalina P.

• Instytut Lotnictwa 02-256 Warszawa, Al. Krakowska 110/114, Poland Tel. [phone]

autor

Rusin M.

• Instytut Lotnictwa 02-256 Warszawa, Al. Krakowska 110/114, Poland Tel. [phone]

autor

Jarosiński J.

• Instytut Lotnictwa 02-256 Warszawa, Al. Krakowska 110/114, Poland Tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Fernandez-Pello A. C., „Micropower Generation Using Combustion: Issues and Approaches”. Proc. Combust. lnst., 29: 883-899, 2002.
• [2] Maruta K., Takeda K., Sitski L., Borer K., Ronney P. D., Wussow S. and Deutschmann, O., „Catalytic Combustion in Microchannel for MEMS Power Generation”, Third AsiaPacific Conference on Combustion, Seoul, Korea, June 24-27, 2001.
• [3] Vican J., Gajdcczko B. F., Dryer F. L., Milius D. L., Aksay I. A. and Yetter R. A., „Development of a Microreactor as a Thermal Source for Microelectromechanical Systems of Power Generation”, Proc. Combust. Inst., 29: 909-916, 2002.
• [4] Sitzki L., Borer K., Wussow S., Schuster E., Maruta K., Ronney P. and Cohen A., „Combustion in Microscale. Heat-Recirculating Burners”, paper AIAA-2001-1087, Thirty-Eight AIAA Space Sciences and Exhibit, Reno, NV, 2001.
• [5] Kyritsis D. C., Guerrcro-Arias L., Roychoudhury S. and Gomez A., „Mesoscale Power Generation by a Catalytic Combustor Using Electrosprayed Liquid Hydrocarbons”. Proc. Combust. lnsy. , 29: 965-972. 2002.
• [6] Spadaccini C. M., Zhang X., Cadou C. P., Miki N. and Waitz I. A., „Development of a Catalytic Silicon Micro-Combustor for Hydrocarbon-Fueled Power MEMS”, MEMS 2002 IEEE International Conference, Las Vegas, NV, January 20-25, 2002.
• [7] Fu K., Knobloch A., Martinez F., Walther D., Fernandez-Pello A. C. Pisano A. and Liepmann D., „Design and Fabrication of a Silicon-Based MEMS Rotary Engine”, Proceedings of the 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE), American Society of Mechanical Engineers, New York, November 11-16, 2001.
• [8] Yang W., „MEMS Free Piston Knock Engine”, Book of abstracts for poster presentation, Twenty-Eight International Symposium on Combustion, The Combustion Institute, Edinburgh. UK, July 30-August 4, 2000.
• [9] Kirtas M., Disseau M., Scarborough D., Jagoda J. and Menon S., „Combustion Dynamics in a High Aspect Ratio Engine”, Proc. Combust. Inst., 29: 917-923, 2002.
• [10] Jarosiński J. and Podfilipski J., „Influence of Catalysis on Combustion in Spark Ignition Engine”, SAE Technical Paper Series, 2001-01-1338, 2001.