Simulering av nya förbränningsmotorprocesser

Abstract

Detta examensarbete utfördes i samarbete med Wärtsilä. Uppgiften handlade om att undersöka alternativa förbränningsmotorprocesser där potentialen undersöktes hos två olika tekniker genom motorsimulering. Simuleringsarbetet omfattade två olika typer av alternativa kolvrörelser och en closed cycle diesel engine där den normala atmosfären ersatts med återcirkulerade avgaser, syretillförsel och i vissa simuleringar även med argon. Undersökningen gjordes med GT-POWER, som är ett avancerat motorsimuleringsprogram. Arbetet innehåller teoribeskrivning om olika processer i en motor samtidigt som de vanligaste faktorerna som optimeras i motorer förklaras. I arbetet redogörs även tillvägagångssättet under arbetet och resultaten från simuleringarna. Resultaten från arbetet gav en bild om huruvida en alternativ kolvrörelse med diesel- och ottocykelförbränning lämpar sig i förbränningsmotorer. I CCDE-delens resultat kunde en viss försämring av prestandan upptäckas i jämförelse med en normal motor. Arbetet avslutas med en diskussion som omfattar behandling av resultatet och eventuella fortsatta forskningsmöjligheter.

Tämä opinnäytetyö tehtiin yhteistyönä Wärtsilän kanssa. Tehtävänä oli kahden uuden vaihtoehtoisen polttomoottoritekniikan mahdollisuuksien arvionti. Simulointityö käsitti kaksi vaihtoehtoista männänliikesimulointia ja closed cycle diesel engine jossa, normaali atmosfääri oli korvattu kierättämällä pakokaasuja ja lisäämällä happea sekä joissain tapauksissa lisäämällä argoonia. Tutkimus tehtiin GT-POWERin avulla, joka on edistyksellinen moottorismulointiohjelma. Työ sisältää teoriaosion, jossa selitetään erilaisia polttomoottori prosesseja sekä yleisiä asioita, joita optimoidaan moottoreissa. Työssä selvitellään myös ongelmien lähestymistapaa, jota käytettiin työn aikana, sekä simuloinnista saadut tulokset. Tulokset, jotka saavutettiin työssä, antoivat kuvan siitä, miten hyvin vaihtoehtoinen männänliike sopii diesel- sekä ottosykli-moottoreihin. CCDE-simuloinnin osalta hyötysuhde huononi hivenen tavalliseen moottoriin verrattuna. Työn loppuosassa tuloksiin sekä jatkokehitysmahdollisuuksiin otetaan kantaa.

This thesis was conducted in cooperation with Wärtsilä. The task was to investigate alternative combustion processes where the potential of two different techniques was examined by engine simulations. Simulation work involved two types of alternative piston movements and a closed cycle diesel engine in which the normal atmosphere was replaced with exhaust gas recirculation and oxygen feed and in some simulations with argon. The study was conducted with GT-POWER, which is an advanced engine simulation software. The work includes a theoretical part where various processes that occur in engines and the most commonly optimized factors in engines are explained. The work also presents work methods and results of the simulations. The results of the work provided an idea of whether an alternative piston movement with a diesel or an otto combustion cycle is suitable for combustion engines. The results from the CCDE part of the simulations show some deterioration in performance compared to a normal engine. The work concludes with a discussion that involves the processing of the results and possible future development opportunities.