Laser Diagnostics of HCCI and Partially Premixed Combustion

Abstract: Popular Abstract in Swedish Undersökningarna som presenteras i avhandlingen behandlar mätning av produkter från och händelser i förbränningsprocessen genom att använda laserbaserade mätmetoder. Ett antal olika körfall, som HCCI och partially premixed combustion (PPC), har undersökts. I de första mätningarna som presenteras jämförs uppmätta flödesfält i cylindern med resultat från CFD och blåsriggskörningar. Därefter undersöks tändnings- och förbränningsprocessen i HCCI med hjälp av LIF av formaldehyd och hydroxyl. I de lågtemperaturreaktioner som inträffar innan huvudförbränningen sågs formaldehyd (HCOH) bildas homogent i det undersökta området. Hydroxyl, OH, bildas i de regioner med högtemperaturreaktioner som markerar huvudförbränningen; bildandet av OH sågs i områden från vilka formaldehyd hade försvunnit. Genom att använda olika insprutningstidpunkter kunde olika grader av homogenitet erhållas och effekterna av detta studerades m.h.a. ovan nämnda lasermätmetod. Även emissionsnivåerna av NOx mättes för att avgöra hur stor inhomogenitet som kunde tolereras innan för höga NOx-nivåer erhölls. Genom att gå från tidig mot sen insprutning sågs en tydlig ändring av homogenitetsgraden vid insprutning vid 70 CAD och runt 50 CAD började NOx-nivån öka. Senare utfördes LIF-mätningar även av andra körfall än HCCI, dessa studier innefattade även användning av recirkulerade avgaser (EGR). De körfall som jämfördes med port- och direktinsprutad HCCI var UNIBUS, med två insprutningar, och lågtemperatur dieselförbränning med en insprutning 8 CAD före övre dödläget. Möjligheten att använda formaldehyd, eller andra delvis oxiderade bränsledelar, som en naturligt förekommande bränsletracer undersöktes genom att jämföra fördelningen av dessa ämnen i cylindern med fördelningen av en vanlig tracer, i detta fall toluen. Fördelningen av de ämnena två liknar varandra i HCCI vilket innebär att formaldehyd kan vara en möjlig bränsletracer. I lågtemperatur dieselförbränning kan det också vara en tänkbar tracer, men fler undersökningar krävs om inverkan av polyaromatiska kolväten på den uppmätta signalen. Lågtemperatur dieselförbränning med hög EGR-nivå studerades i den senare delen av avhandlingsarbetet och under denna tid gjordes de första flödesmätningarna i ett plan i en dieselmotor under förbränning. LIF-mätningar av delvis oxiderat bränsle och LII av sot genomfördes också. Regioner med delvis oxiderat bränsle fanns korrelera väl med regioner med värmefrigörelse; de senare identifierades från divergensen i flödesfältet. I den senare delen av förbränningen fanns sot och delvis oxiderat bränsle koncentrerat mot cylinderns centrum och inget flöde fanns som skulle kunna transportera dessa produkter till områden där oxidation kan fortgå. Delvis oxiderat bränsle upptäcktes även i squish-regionen och detta kan vara en källa till utsläpp av CO och obränt bränsle. En god överrensstämmelse sågs mellan enskilda mätningar och deras medelvärden. I den allra sista undersökningen som presenteras jämförs flödesstrukturen för två olika lågtemperatur dieselkörfall, båda med låg och hög swirl. Skillnader sågs i reverse-squish flödet och i flödet runt kanten på bowlen. Den största skillnaden som sågs vid en minskning av swirltalet var att flödet vid bowl-kanten ändrades.