Łukasz Kapusta

Dual Liquid Fuel Direct Injection in a Heavy Duty Compression Ignition Engine

Abstract:

Wykorzystanie paliw o niskiej skłonności do samozapłonu w silnikach o zapłonie samoczynnym (ZS) dużej mocy jest przedmiotem zainteresowania naukowców już od wielu lat. Zainteresowanie to wynika z faktu, iż silniki o ZS charakteryzują się wyższą sprawnością niż silniki o zapłonie iskrowym (ZI). W ciągu tych lat powstały rozwiązania pozwalające na wykorzystanie paliw o wysokiej liczbie oktanowej w silnikach o ZS. Najpopularniejszym z nich jest system oparty na dwupaliwowym procesie zasilania, który może być zrealizowany na wiele sposobów. W niniejszej rozprawie dokonano przeglądu najbardziej perspektywicznych układów zasilania dwupaliwowego w kontekście wykorzystania szeregu różnych paliw.
Obecnie najczęściej stosowanym układem dwupaliwowym jest system oparty na dostarczaniu do układu dolotowego paliwa o wysokiej liczbie oktanowej i na bezpośrednim wtrysku paliwa skłonnego do samozapłonu. Niemniej jednak, z uwagi na możliwość wystąpienia spalania stukowego, zastosowanie takiego układu wymaga relatywnie niskiego stopnia sprężania. W niniejszej rozprawie jednoczesny wtrysk dwóch paliw rozważany jest jako układ, który umożliwi zastosowanie paliw o niskiej skłonności do samozapłonu w silnikach o ZS bez obniżania stopnia sprężania. Taka konfiguracja wymaga jednak zastosowania bezpośredniego wysokociśnieniowego wtrysku paliw o właściwościach zupełnie innych niż olej napędowy.
Prócz tego w silnikach o ZS dużej mocy ciśnienie panujące w komorze spalania w momencie wtrysku może przekroczyć 10 MPa, temperatura zaś 800 K. Wartości te przekraczają parametry krytyczne perspektywicznych paliw takich jak propan, butan, etanol i metanol. W warunkach przekraczających parametry krytyczne wtryskiwanego paliwa proces mieszania jest inny niż w warunkach poniżej tych parametrów. Dlatego niniejsza praca nie ogranicza się wyłącznie do badania osiągów silnika wyposażonego w dwupaliwowy układ zasilania. Badania silnikowe były niejako impulsem do podjęcia badań podstawowych nad procesami mieszania i samozapłonu paliwa o wysokiej liczbie oktanowej. W ramach tej pracy zostały przeprowadzone badania nad wtryskiem lekkich węglowodorów (propanu i heksanu) w warunkach nadkrytycznych celem uzupełnienia istniejącej wiedzy na temat mieszania i samozapłonu w warunkach nadkrytycznych w kontekście silników tłokowych.
Jako uzupełnienie pracy wykonane zostały obliczenia numeryczne procesu wtrysku heksanu w celu sprawdzenia, jak wiernie obecnie stosowane metody modelowania procesów rozpadu strugi wtryskiwanej cieczy odwzorowują rzeczywistość w kontekście przekraczania parametrów krytycznych wtryskiwanego paliwa.