Αριθμητική διερεύνηση θερμοκρασιακής κατανομής σε διάταξη άμεσου ψεκασμού βενζινοκινητήρα

Abstract

Από τη στιγμή που το αυτοκίνητο αποτέλεσε αναπόσπαστο κομμάτι της ζωής του ανθρώπου και η προστασία του περιβάλλοντος έγινε στόχος όλων, η βελτίωση της λειτουργίας και της απόδοσης των μηχανών ήταν επιτακτική. Τα περιθώρια εξέλιξής των κινητήρων εσωτερικής καύσης φαίνεται να μην έχουν φθάσει στο όριο τους και αυτό χάρη στην τεράστια συμβολή της ηλεκτρονικής επιστήμης και της επιστήμης των υλικών. Το σύστημα ψεκασμού του καυσίμου αποτελούσε ανέκαθεν ένα από τα πιο σημαντικά συστήματα του κινητήρα. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας, τα τελευταία χρόνια έγινε ένα μεγάλο βήμα στο συγκεκριμένο τομέα με την εμφάνιση των συστημάτων άμεσου ψεκασμού βενζίνης (GDI). Σε αυτό το σύστημα ο ψεκασμός του καυσίμου γίνεται πλέον απευθείας στο θάλαμο καύσης σε αντίθεση με τα συστήματα έμμεσου ψεκασμού. Το άκρο του εγχυτήρα – στο σημείο ακριβώς του ψεκασμού – βρίσκεται σε άμεση επαφή με το θάλαμο καύσης όπου αναπτύσσονται εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Στο άκρο αυτό έχουν παρατηρηθεί κάποια υπολείμματα καύσης, τα οποία είναι πιθανόν να προκαλούνται εξαιτίας κάποιας τοπικής αυτανάφλεξης του καυσίμου εσωτερικά του ακροφυσίου. Με τη συνεχή εμφάνιση αυτού του φαινομένου είναι δυνατόν να προκληθεί συσσωμάτωση των υπολειμμάτων με αποτέλεσμα να υπάρχει πρόβλημα στην ομαλή λειτουργία του εγχυτήρα κατά την έγχυση του καυσίμου. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετηθεί η κατανομή των θερμοκρασιών του καυσίμου στο εσωτερικό του άκρου εγχύσεως, κατά τη διάρκεια του ψεκασμού, αλλά και του χρόνου μεταξύ δύο διαδοχικών ψεκασμών (όπου δεν υπάρχει ροή καυσίμου), ώστε να δούμε αν υπάρχουν κάποια σημεία ή περιοχές στο εσωτερικό αυτό, όπου η θερμοκρασία παίρνει τέτοιες τιμές, που είναι δυνατόν με βάση τις ιδιότητες του καυσίμου, να δημιουργηθεί αυτανάφλεξη (εφόσον υπάρξει ικανή ποσότητα αέρα). Για την εξαγωγή συμπερασμάτων πάνω στο πρόβλημα αυτό, έγινε επίλυση της ροής και της μεταφοράς θερμότητας στο άκρο ενός πρότυπου εγχυτήρα, με τη χρήση προγράμματος υπολογιστικής ρευστομηχανικής. Ένα από τα πιο επίπονα σημεία στη διαδικασία επίλυσης ενός ρευστομηχανικού προβλήματος, με τη χρήση υπολογιστικού προγράμματος, είναι η κατασκευή της γεωμετρίας. Στη δική μας περίπτωση επιλέχθηκε αρχικά το υπολογιστικό πρόγραμμα star-cd όπου και ξεκίνησε η προσπάθεια για την κατασκευή της. Η διαδικασία αυτή αποδείχθηκε αρκετά πολύπλοκη και επαλήθευσε τα λεγόμενα όσων έχουν ασχοληθεί με τέτοια προγράμματα. Το πρόγραμμα το οποίο τελικά χρησιμοποιήθηκε είναι το CFX 5.7.