Experimental investigation of advanced low-temperature combustion concepts for compression ignition engines

Korkmaz, Metin; Abel, Dirk; Pitsch, Heinz

doi:HT020885999

Experimental investigation of advanced low-temperature combustion concepts for compression ignition engines = Experimentelle Untersuchungen innovativer Niedertemperaturbrennverfahren für Dieselmotoren

Korkmaz, Metin^RWTH*

2021

VerantwortlichkeitsangabeMetin Korkmaz

ImpressumDüren : Shaker Verlag 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-8440-7827-5

ReiheBerichte aus der Energietechnik

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Druckausgabe: 2021. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Pitsch, Heinz (Thesis advisor)^RWTH* ; Abel, Dirk (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-11-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-02071
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/814150/files/814150.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Technische Verbrennung (411410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
multiple injection strategy (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die grundlegende Untersuchung und Bewertung von vielversprechenden Niedertemperaturbrennverfahren (NTV)in Dieselmotoren. Diese Brennverfahren sind durch einen hohen Homogenisierungsgradgekennzeichnet, um so eine signifikante Reduktion von Ruß und Stickoxidemissionen bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu erzielen. Limitiert werden diese Brennverfahren allerdings durch eine unvollständige Verbrennung und durch eine ungünstige Lage des Verbrennungsschwerpunkts. Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung des NTV-Betriebsbereiches an praxisrelevanten Versuchsträgern anhand verschiedener Brennverfahren. Insgesamt werden drei verschiedene Brennverfahren, das Premixed Charge Compression Ignition (PCCI), die Limitierung der maximalen Druckänderungsrate(-Prozess) und das Diesel-Dual-Fuel (DDF) experimentell untersucht. Im ersten Teil der Arbeit liegt der Entwicklungsfokus auf einer Mehrfacheinspritzstrategie für das PCCI-Brennverfahren. Durch die Variation der Injektordüsengeometrien und verschiedenen Kombinationen aus Piloteinspritzungen sowie der relativen Kraftstoffmassenverteilung konnte gezeigt werden, dass der Motorbetrieb, sowohl stationär als auch dynamisch, im PCCI-Modus für einen großen Lastbereich gewährleistet wird. Im zweiten Teil der Arbeit wird der Einfluss des -Prozesses auf die Verbrennung näher betrachtet. Durch die Variation des Verbrennungsbeginns und der Druckänderungsrate konnte veranschaulicht werden, dass die Vorteile der NTV auch auf hohe Teillastpunkteübertragen werden können. Der dritte Teil befasst sich mit Untersuchungen der wichtigsten Indikatoren einer DDF-Verbrennung. Insbesondere der Einfluss der Substitutionsrate (SR) auf den Brennverlauf liegt im Fokus der Untersuchungen. Anhand der Variation der Einspritzzeitpunkte bei unterschiedlichen SR wird der nicht-lineare Zusammenhang zwischen dem Einspritzbeginn und der Lage des Verbrennungsschwerpunkts dargestellt. Ferner werden im Rahmen dieser Arbeit die Potentiale der untersuchten innovativen Brennverfahren in Kombination mit modellprädiktiven Verbrennungsreglern gezeigt. Die erzielten Vorteile werden besonders anhand des PCCI- und des DDF-Brennverfahren demonstriert.

The subject of this thesis is the fundamental investigation and evaluation of various Low-Temperature Combustion (LTC) concepts in compression ignition engines. LTC is characterized by a higher homogenization rate of the fuel-air mixture. As a result of higher homogeneity and lower peak temperatures, LTC leads to a simultaneous reduction of NOx and soot emissions while maintaining high efficiency. However, the LTC is restricted by an undesired early combustion phasing and incomplete combustion. The aim of this thesis is to extend the operating range of real-world passenger car engines using different LTC combustion processes. Three different combustion processes are experimentally investigated namely, Premixed Charge Compression Ignition(PCCI), limitation of the maximum pressure rise rate (-process), and Diesel-Dual-Fuel (DDF).The first part of the thesis focuses on the development of a multiple injection strategy for the PCCI process. The investigations include varying injector nozzle geometries and different combinations of pilot injections as well as the relative fuel mass distribution. With this developed approach, it was shown that the engine operation is ensured in PCCI mode for a wide range of loads, both stationary and dynamic. In the second part of the thesis, the influence of the -process, which is characterized by the start of combustion and the pressure rise rate, on the combustion process is studied in detail. By varying the start of combustion and the pressure rise rate, it was demonstrated that the advantages of the LTC can be extended to higher part-load points. In the third part of the thesis, the key parameters of DDF combustion are investigated. In particular, the influence of the substitution rate (SR) on the combustion process is in the focus of the investigations. The non-linear relationship between the start of injection and the combustion phasing is shown for injection timing variations for different SRs. Finally, the potential of the investigated innovative combustion processes in combination with model-based combustion controllers is shown. The benefits achieved are demonstrated especially by the PCCI and DDF combustion processes.

OpenAccess:
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