On Zero-dimensional Modelling of Combustion and NOx Formation in Diesel Engines

Abstract: Popular Abstract in Swedish Kraven på fordonstillverkare att tillverka motorer med låga avgasemissioner kommer att bli betydligt hårdare i framtiden. När det gäller dieselmotorer är det främst utsläppen av partiklar och kväveoxider som utgör de verkliga utmaningarna. Idag finns avgasreningsteknik för att kraftigt reducera dieselmotorns utsläpp, men fortsatt minskning av bildningen av skadliga och giftiga avgaser i motorn är nödvändig för att kunna möta framtidens krav på ett ekonomiskt och stabilt sätt. De tekniker som står till buds när det gäller att minska bildningen av partiklar och kväveoxider i motorn är baserade på avancerade system för bränsleinsprutning. För att kunna utnyttja hela den potential, som dessa system erbjuder, måste kunskapen om hur olika variabler påverkar förbränningen och emissionsbildning ökas och göras tillgänglig för motorutvecklare. Ett led i denna process är att utveckla datormodeller. Den modell som presenteras i denna avhandling är nolldimensionell, vilket innebär att den inte ger någon rumslig upplösning av de förlopp som äger rum i motorns cylindrar. Istället förutsätts att cylinderinnehållet kan fördelas på två eller fler zoner vars sammansättningar är homogena. En naturlig zonindelning är t.ex. att placera alla förbränningsprodukter in en zon och allt oförbränt i en zon. Cylinderinnehållet under förbränningen i en dieselmotor är mycket heterogent. Svårigheten är därför att, i en nolldimensionell modell, bestämma förutsättningarna för förbränningen, t.ex. att kunna avgöra under vilket förhållande mellan bränsle och luft som bränslet brinner. Den teknik som utnyttjas i rubricerat arbete, är att beräkna kväveoxidbildningen i de zoner som innehåller förbränningsprodukter och jämföra de beräknade halterna med uppmätta värden. Förhållandet mellan bränsle och luft i zonerna anpassas så att överensstämmelse uppnås. Det på detta sätt bestämda bränsle/luftförhållandet, kan användas som en konstant när effekten av olika insprutningsstrategier ska analyseras. Modellen kan därför användas som ett enkelt och snabbt verktyg för att studera trender avseende kväveoxidemissioner vid ändringar i förbränningsförloppet.