ANALYSIS OF COMBUSTION PROCESS OF A CHARGE OF NATURAL GAS IN LABORATORY COMBUSTION CHAMBER
The article contains an analysis of investigation results of the combustion process of a charge of natural gas mixture with air. Investigations were carried for charges of stoichiometric composition and lean ones for various initial pressures in the combustion chamber. Ignition of the mixture was indicated by an ignition plug supplied from a direct ignition device. Measurements comprise a digital record of the pressure course in the chamber. Values of pressure increment in the chamber during the combustion process were analyzed. A diagram of pressure increment values dependent on charge composition and initial pressure in the combustion chamber was elaborated. Evaluation of particular results permits to determine potential possibilities of gas - air charge combustion.
Convective Heat Transfers in the Combustion Chamber of an Internal Combustion Engine Influence of In-Cylinder Aerodynamics
Previous studies of in-cylinder heat transfers give numerous approaches of heat losses modelling principally compression and expansion strokes. These simulation methods are discussed showing that their accuracy during the intake stroke is neglected. Since most of the modern engines use strong structured air motion during the intake and compression strokes to both reduce consumption and reach different emissions levels targets, one may focus on in-cylinder aerodynamics and convective heat transfer coupling. The experimental velocity data acquired allow us to get an in-depth understanding of the spatial and temporal gradients of measured heat transfers in the cylinder of an internal combustion engine. Two different experimental methods have been used to investigate the in-cylinder air motion. First, near wall flow has been studied using two component local time-resolved Laser Doppler Anemometry (LDA). Heat transfers are measured by thin-film fast-response heat flux probe constituted of two thermocouples. Velocity and turbulence intensity are analysed by the cycle resolved method. For a global time-resolved analysis of in-cylinder aerodynamics Time Resolved Planar Image Velocimetry (TR-PIV ) fields are analysed. The comparison of the TR-PIV and LDA measurements gives a detailed description of the effect of in cylinder aerodynamics on the near wall flow characteristics. Parametric analysis of the motored optical test-engine conditions effects on heat transfers and flow fields is presented. In parallel to physics understanding, experimental databases built here are then of a great interest to check quality of the different models implemented in CFD software. A first evaluation of a local convection coefficient formula during the intake stroke is then carried out. Thermal experimental data compared to this correlation demonstrate a great underestimation of the simulated coefficient during the intake stroke leading to an underestimation of the heat transfer from the wall to the gas.
Etude du rendement indique des moteurs a allumage commande, mesures de flux thermiques instationnaires en presence de differents mouvements aerodynamiques
L'objectif de cette etude est de determiner l'influence de l'aerodynamique sur les pertes thermiques d'un moteur a allumage commande multisoupapes et de relier ces resultats avec le bilan energetique du moteur. Pour cela, nous avons mesure les transferts thermiques locaux et instantanes dans un moteur de 1,6 litres en sept emplacements de la culasse et du carter. Deux culasses differentes ont ete instrumentees de la sorte, elles nous ont permis de generer plusieurs mouvements aerodynamiques distincts (une configuration de base sans mouvement aerodynamique structure, un mouvement de swirl et deux niveaux de tumble). De plus, une acquisition de pression instantanee a ete realisee dans la meme chambre de combustion ou nous avons effectue nos mesures de transferts thermiques. Pour toutes ces configurations aerodynamiques, nos mesures ont porte sur un large eventail de points de fonctionnement (plusieurs depressions collecteur et richesses ainsi que deux vitesses de rotation moteur differentes). Les transferts thermiques locaux mesures avec combustion montrent clairement que la dispersion spatiale cycle par cycle est directement lie a la propagation de la flamme. Par ailleurs, les pertes thermiques croissent avec les mouvements aerodynamiques de swirl et de tumble. Nous avons etabli la classification suivante: ht b a s e < ht s w i r l < ht t u m b l e < ht f o r t - t u m b l e nous avons egalement observe l'influence des parametres suivants sur les transferts thermiques: _ les pertes thermiques moyennees sur le cycle decroissent presque lineairement lorsque l'avance a l'allumage est reduite. Cet effet est accentue par le mouvement de tumble. _ les pertes thermiques decroissent, de maniere considerable, lorsque la richesse est diminuee. Cette tendance est du a la presence d'air frais inutilise par la combustion qui reduit la temperature de la flamme. Le mouvement aerodynamique n'a pas d'influence sur ce phenomene. _ les pertes thermiques augmentent lorsque la depression collecteur croit. Cette relation est lineaire et l'effet est accentue par le mouvement de tumble. _ la vitesse du moteur decroit la vitesse moyenne des gaz dans la chambre. En consequence les pertes thermiques sont reduites lorsque le regime augmente. Enfin, l'influence des mouvements de swirl et de tumble sur le bilan energetique du moteur a allumage commande ont ete analyse. Notre approche basee sur sept implantations locales de capteurs de transferts thermiques montre que la generation d'un mouvement de swirl ou de tumble augmente la puissance effective et les pertes thermiques aux parois et diminue l'enthalpie echappement. De plus, la consommation de notre moteur a allumage commande augmente avec les mouvements aerodynamiques structures a faible charge et pour des melanges pauvres. Cette tendance est plus marquee avec le mouvement de tumble.