بررسی اثر ترکیب غنی‌سازی هوا با اکسیژن و بازگردانی گازهای خروجی بر پارامترهای عملکردی و آلاینده‌های موتور دیزل

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

2 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قائن، ایران.

4 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.

10.22044/jsfm.2025.15841.3950

چکیده

در این پژوهش، اثر ترکیبی غنی‌سازی اکسیژن و بازگردانی گازهای خروجی بر عملکرد احتراق و تولید آلاینده‌ها در یک موتور دیزل پاشش مستقیم‌ بررسی شده است. هدف اصلی، تحلیل نقش هم‌زمان افزایش غلظت اکسیژن و اعمال بازگردانی گازهای خروجی در بهبود فرایند احتراق و کاهش آلاینده‌های خروجی است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزارAVL-FIRE بر روی یک موتور AVL 5402 تک‌سیلندر، چهارزمانه و با پاشش مستقیم انجام شد. مدل احتراق شِل و مدل آلایندگی زلدوویچ برای پیش‌بینی دما، فشار، دوده و ناکس به‌ کار گرفته شد و نتایج با داده‌های تجربی فشار سیلندر اعتبارسنجی گردید. نتایج نشان داد که خروجی NO مطلوب در دور موتور rpm 1400 با استفاده از 5/21 تا 5/22% غنی‌سازی اکسیژن و 5 تا 10% EGR و در دور موتور rpm 1800 با استفاده از 21 تا 22% غنی‌سازی اکسیژن و 10 تا 15% EGR به دست می‌آید. همچنین در شرایط به‌کارگیری EGRسرد خروجی، NO مطلوب تحت شرایط rpm 1400 با استفاده از 5/21 تا 5/22% غنی‌سازی اکسیژن و 10 تا 15% EGR و در دور موتور rpm 1800 با استفاده از 21 تا 22% غنی‌سازی اکسیژن و 15 تا 20% EGR قابل دست‌یابی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wartinbee WJ (1971) Emissions study of oxygen enriched air. SAE Technical Paper, 1 Feb.
[2] Watson HC, Milkins EE, Rigby GR (1992) Oxygen enrichment of fuels. United States patent US 5,117,800, 2 Jun.
[3] Donahue RJ, Foster DE (2000) Effects of oxygen enhancement on the emissions from a DI diesel via manipulation of fuels and combustion chamber gas composition. SAE Transactions, 1 Jan: 334–350.
[4] Loganathan S, Tamilporai P, Vijayan K, Sujithradevi B (2007) Simulation and analysis of effect of oxygenate blended diesel on combustion and performance in turbocharged diesel engine. SAE Technical Paper, 23 Jul.
[5] Wang H, Liu W (2015) Simulation studies of diesel engine combustion characteristics with oxygen enriched air. J Power Energy Eng 3(8): 15–23.
[6] Kapusuz M, Çakmak A, Özcan H (2021) Application of oxygen enrichment and adiabatic humidification to suction air for reducing exhaust emissions in a gasoline engine. Energy Sources Part A Recover Util Environ Eff 45(1):194–211.
[7] Wang X, Wang Y, Duan Q, Bai Y (2023) Understanding the role of exhaust gas recirculation in gasoline/diesel dual-fuel combustion soot features. Int J Engine Res 24(5):2013–2024.
[8] Shanmugam SKM, Muthusamy S, Ramasamy RK, Alagumalai A. (2022). Towards improved performance and lower exhaust emissions using exhaust gas recirculation coupled compression ignition engine fuelled with nanofuel blends. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 46(1), 1542–1558.
[9] Pitarch BR. (2023) Study of different Exhaust Gas Recirculation configurations and their impact on turbocharged spark ignition engines. [Doctoral thesis]. Universitat Politècnica de València.
[10] Zhang Y, Zhang F, Leng L, Ren Z, Shi L, Deng K (2025) Matching and optimization to minimize fuel consumption and NOx emission for a marine diesel engine with turbo-assisted exhaust gas recirculation. Proc. Inst. Mech. Eng. D J. Automob. Eng. 239(2-3): 651–664.
 
[11] Wang Y, Liu H, Feng L, Maes N, Fang T, Cui Y, Yi W, Somers B, Yao M (2024) Effects of oxygen enrichment on diesel spray flame soot formation in O2/Ar atmosphere. Combust. Flame 260:113244.
[12] Kumar S, Ganesan N, Pasupathiraju S and Mohanraj T (2018) Investigations on the Combined Effect of Oxygen Enrichment and Water Injection Techniques on Engine’s Performance, Emission and Combustion of a Mahua Oil Based Compression Ignition Engine. SAE paper 0929.
[13] Pachiannan T, Zhong W, Balasubramanian D, Alshehri MA, Pugazhendhi A, He Z (2025) Enhancing engine performance, combustion, and emission characteristics through hydrogen enrichment in n-pentanol/diesel blends: A study on advanced combustion strategies for reduced emissions. Int. J. Hydrogen Energy, 98: 741-750.
[14] Djavareshkian MH and Ghasemi A (2009) Investigation of jet break-up process in diesel engine spray modelling. J. Appl. Sci., 9(11), 2078-2087.
[15] Beale JC and Reitz RD (1999) Modeling spray atomization with the Kelvin-Helmholtz/Rayleigh-Taylor hybrid model. At. Sprays, 9(6).
[16] Dukowicz JK (1979) Quasi-steady droplet phase change in the presence of convection (No. LA-7997-MS). Los Alamos National Lab.(LANL), Los Alamos, NM (United States).
[17] Naber JD and Reitz RD (1988) Modeling engine spray/wall impingement. SAE transactions, 118-140.
[18] Sazhin SS, Sazhina EM, Heikal MR, Marooney C and Mikhalovsky SV(1999) The Shell autoignition model: a new mathematical formulation. Combust. flame, 117(3), 529-540.
[19] Magnussen BF and Hjertager BH (1977) On  mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. In Sym. (Int.) on Combusion, 16(1), 719-729.
[20] Zeldovich YB, Sadovnikov PY and Frank Kamenetskii DA (1947) Oxidation of Nitrogen in Combustion. Institute of Chemical Physics, Moscow-Leningrad, 1947.
[21] Heywood JB (1979) Pollutant formation and control in spark-ignition engines. Prog. in Energy and Combus. Sci., 229-258.
[22] AVL FIRE user manual V. 8.3; 2004.
[23] Huang HZ (2014) Effect of inlet state on PAHs generation of low temperature combustion of butanol-diesel. J. Int. Combust. Engine 32: 401–406.