A novel in-cylinder fuel reformation approach to control HCCI engine combustion on-set

• Autorzy: Gnanam G. , Haggith D. , Sobiesiak A.

Warianty tytułu

PL

Nowatorska metoda kontroli momentu zapłonu w silnikach HCCI z wykorzystaniem reformingu paliwa wewnątrz cylindra

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engines have the potential to deliver high thermal efficiencies (when compared to spark ignition engines) coupled with ultra-low NOx emissions and Particulate Matter (PM) for partialload operating regions. However, the inherent absence of Start of Combustion (SOC) or combustion on-set control has been a major obstacle for implementing this technology into production engines. In the present work, a new in-cylinder reformation strategy to control the on-set of combustion has been incorporated into a HCCI engine fuelled with lean ethanol/air mixtures. The objective of the in-cylinder reformation process is to generate hydrogen enriched gas (which includes other intermediate species) from ethanol reformation, which is then used to control the subsequent HCCI cycle combustion on-set. The experimental engine used for the study is a four-stroke, three cylinder In-Direct Injection (IDI) type compression ignition engine which was converted to single cylinder operation for HCCI combustion. A prototype reformation chamber has been designed and fabricated with direct injection capabilities to examine the proposed in-cylinder reformation process. In order to clarify the effects of reformation products on HCCI combustion on-set, experiments were conducted with constant engine speed, initial charge temperature, and engine coolant temperature.The engine performance was evaluated based on cycle-resolved in-cylinder pressure measurements and regulated engineout emissions. The experimental results demonstrate that the proposed in-cylinder reformation strategy is an effective method for controlling HCCI combustion on-set (SOC) and reduces the regulated engine-out emissions. Furthermore, the experimental results indicate that there is an optimal in-cylinder reformation fuelling percentage which will have a positive impact on regular HCCI combustion at given operating conditions.

PL

Silniki o zapłonie samoczynnym zasilane mieszanką jednorodną (HCCI) umożliwiają osiąganie większych wartości sprawności cieplnej w porównaniu do silników o zapłonie iskrowym z jednoczesną ultraniską emisją tlenków azotu NOx oraz cząstek stałych (PM) w zakresie średnich obciążeń silnika. Jednak brak wyraźnego początku spalania (SOC) lub sterowania chwilą samozapłonu stanowią ważną przeszkodę wprowadzenia tej technologii do silników produkcyjnych. W tym artykule omówiono zastosowanie nowej metody sterowania chwilą samozapłonu w silniku HCCI napędzanym ubogimi mieszankami etanol/powietrze, która jest oparta na procesie reformingu paliwa wewnątrz cylindra (polegającym na gazyfikacji i wzbogaceniu w wodór, przyp. red.). Celem tego procesu jest wygenerowanie gazu bogatego w wodór podczas reformingu etanolu, który jest następnie używany do kontroli chwili zapłonu w cyklu HCCI. Do eksperymentu wykorzystano czterosuwowy, trzycylindrowy silnik o zapłonie samoczynnym z wtryskiem pośrednim, który przekształcono w silnik pracujący na pojedynczym cylindrze ze spalaniem typu HCCI. Prototypową komorę do reformingu zaprojektowano i zbudowano z możliwością wtrysku bezpośredniego, w celu przetestowania przebiegu tego procesu wewnątrz cylindra. W celu wyjaśnienia wpływu reformingu na chwilę samozapłonu HCCI, eksperymenty przeprowadzono przy stałej prędkości obrotowej silnika, stałej początkowej temperaturze dawki paliwa oraz czynnika chłodzącego silnika. Pracę silnika oceniano w oparciu o pomiary ciśnienia wewnątrz cylindra i pomiary emisji związków toksycznych. Wyniki eksperymentu pokazują, że proponowany reforming wewnątrz cylindra jest efektywną metodą kontroli chwili zapłonu HCCI, zmniejszającą również emisję. Wskazują one również, że istnieje optymalny procent paliwa poddawanego reformingowi wewnątrz cylindra, który pozytywnie wpływa na spalanie w silnikach HCCI w danych warunkach.

Słowa kluczowe

EN

in-cylinder fuel reformation; HCCI engine; combustion on-set control; ethanol

PL

reforming paliwa wewnątrz cylindra; spalanie mieszanki jednorodnej; silnik HCCI; kontrola chwili samozapłonu; etanol

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 48, nr 3
• Strony: 37--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Gnanam G.

autor

Haggith D.

autor

Sobiesiak A.

• Department of Mechanical, Automotive and Materials Engineering, University of Windsor, Canada.

Bibliografia

• [1] Zhang Y., He B., Xie H., Zhao H.: SAE Paper 2006-01-0631 (2006).
• [2] Christensen M., Johansson B.: SAE Paper 2000-01-1835 (2000).
• [3] Zhao F., Asmus T., Assanis D., Dec J., Eng J., Najt P. (eds.): Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI) Engines; Key Research and Development Issues, SAE International, Warrendale P.A., 2003.
• [4] Christensen M., Hultqvist A., Johansson B.: SAE Paper 1999- 01-3679 (1999).
• [5] Christensen M., Johansson B.: SAE Paper 982454 (1998).
• [6] Cairns A., Baxill H.R.: SAE Paper 2005-01-0133 (2005).
• [7] Christensen M., Johansson B., Amneus P., Mauss F. : SAE Paper 980787 (1998).
• [8] Urata Y., Awasaka M., Takanashi J., Kakinuma T., Hakozaki T., Umemoto A.: SAE Paper 2004-01-1898 (2004).
• [9] Kook S., Bae C.: SAE Paper 2004-01-0938 (2004).
• [10] Urushihara T., Hirava K., Kakuhou A., Itoh T.: SAE Paper 2003-01-0749 (2003).
• [11] Koopmans L., Ogink R., Denbratt I.: SAE Paper 2003-01-1854 (2003).
• [12] Guohong T., Wang J., Shuai S., Wang Z., An X.: SAE Paper 2006-01-0415 (2006).
• [13] Waldman J., D. Nitz, T. Aroonsrisopon, D. Foster, M. Iida, SAE Paper 2007-01-0219 (2007).
• [14] G. Gnanam, Haggith D., Sobiesiak A., Reader G.: Proc. International Congress of Combustion Engines, PTNSS 2007-SC2 (2007), p. 311-321.
• [15] Van Blarigan P., Paradiso N., Goldsborough S.: SAE Paper 982484 (1998).