Προσομοίωση λειτουργίας στροβιλο-υπερπληρωμένου κινητήρα Otto άμεσου ψεκασμού - Σύγκριση επιδόσεων και εκπομπών με συμβατικό κινητήρα Otto

Κακουλίδης, Στυλιανός; Kakoulidis, Stylianos

dc.contributor.author	Κακουλίδης, Στυλιανός	el
dc.contributor.author	Kakoulidis, Stylianos	en
dc.date.accessioned	2020-10-28T21:49:09Z
dc.date.available	2020-10-28T21:49:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51651
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19349
dc.rights	Default License
dc.subject	Κινητήρας Otto	el
dc.subject	Στρωματοποιημένη καύση	el
dc.subject	Άμεσος ψεκασμός βενζίνης (GDI)	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Υπερπλήρωση	el
dc.subject	Otto engine	en
dc.subject	Stratified combustion	en
dc.subject	Gasoline direct injection	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Turbocharging	en
dc.title	Προσομοίωση λειτουργίας στροβιλο-υπερπληρωμένου κινητήρα Otto άμεσου ψεκασμού - Σύγκριση επιδόσεων και εκπομπών με συμβατικό κινητήρα Otto	el
dc.title	Turbocharged GDI engine simulation – Performance and emissions comparison with conventional SI engine	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανές εσωτερικής καύσης	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-12
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά τους κινητήρες άμεσου ψεκασμού βενζίνης (Gasoline direct injection - GDI) οι οποίοι χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία. Η τεχνολογία αυτή υιοθετήθηκε με σκοπό κυρίως τη μείωση της κατανάλωσης αλλά και την αύξηση των επιδόσεων των κινητήρων Otto. Ωστόσο, το υψηλό κόστος εφαρμογής της σε συνδυασμό με τις χαμηλότερες από τις προσδοκώμενες βελτιώσεις στην κατανάλωση καυσίμου και των ρύπων έκανε αρχικά δύσκολη τη διείσδυσή της στην αγορά. Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή αύξηση των απαιτήσεων για μείωση του CO2, η τεχνολογία αυτή έχει πλέον επικρατήσει στην αγορά νέων επιβατικών οχημάτων. Ο σκοπός της εργασίας είναι η ποσοτική επαλήθευση της θετικής συνεισφοράς της τεχνολογίας άμεσου ψεκασμού στις επιδόσεις των κινητήρων Otto. Επίσης, κρίθηκε σκόπιμο να γίνει άμεση σύγκριση με την πιο συμβατική τεχνολογία ψεκασμού πολλαπλού σημείου (multi point injection - MPI), η οποία είναι ευρέως διαδεδομένη στην αγορά εδώ και πολλά χρόνια. Τα αποτελέσματα που αναμένονται είναι αύξηση του ογκομετρικού βαθμού απόδοσης μαζί με μείωση της θερμοκρασίας πριν την έναυση, η οποία επιτρέπει να αυξηθεί ο βαθμός συμπίεσης του κινητήρα. Τέλος, μελετάται και υπερπληρωμένη διάταξη του κινητήρα άμεσου ψεκασμού. Για την μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκε το υπολογιστικό πρόγραμμα GT-Power της εταιρίας Gamma Technologies, το οποίο επιτρέπει τη μονοδιάστατη προσομοίωση κινητήρων. Μέσω αυτού μοντελοποιήθηκε ένας τετρακύλινδρος εν σειρά κινητήρας 2 L στον οποίο εφαρμόστηκαν οι δύο βασικές τεχνικές ψεκασμού. Από τα αποτελέσματα αυτής της προσομοίωσης το βασικό συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι η τεχνολογία άμεσου ψεκασμού οδηγεί σε μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα και αύξηση των επιδόσεων του κινητήρα Otto. Πιο συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε αύξηση στον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης της τάξης του 5%, η οποία με τη σειρά της επέτρεψε την αύξηση του βαθμού συμπίεσης του κινητήρα. Εντέλει, ο ατμοσφαιρικός κινητήρας άμεσου ψεκασμού παρουσιάζει σε πλήρες φορτίο μείωση στις ειδικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και οξειδίων του αζώτου, κατά 4% και 10% αντίστοιχα, ενώ αυτή η μείωση μπορεί να φτάσει το 11,2% και 40,1% σε μερικό φορτίο. Τέλος, με την υπερπληρωμένη διάταξη άμεσου ψεκασμού που μελετήθηκε στο τελευταίο κεφάλαιο, σημειώθηκε σημαντική αύξηση στην ισχύ σε όλο το εύρος λειτουργίας, σε συνδυασμό με μικρή μείωση στην κατανάλωση και τις εκπομπές. Τα αποτελέσματα αυτά προσδιορίζουν την συνεισφορά της τεχνολογίας άμεσου ψεκασμού στη μείωση των εκπομπών και την αύξηση των επιδόσεων σε σύγκριση με τη συμβατική τεχνολογία ψεκασμού πολλαπλού σημείου. Τελικά, επαληθεύουν προηγούμενα ευρήματα και δίνουν ενθαρρυντικά στοιχεία για την επιρροή που θα μπορούσε να έχει η ευρεία εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στην «επιβίωση» του κινητήρα Otto στο μέλλον.	el
heal.abstract	The present thesis project is a study of a GDI (gasoline direct injection) engine, such as the ones being used in the automotive industry. This technology has been adopted primarily to reduce the fuel consumption but also to increase the performance of the spark ignition engine. However, the high cost of the application in conjunction with the lower than expected improvements in fuel economy and pollution made the initial market penetration difficult. Nevertheless, in the latest years, due to the extended demand regarding the reduction of CO2, the GDI technology has dominated the market of automotive vehicles. The main purpose of this project is the quantitative verification of the positive impact of direct injection technology in the performance of SI engines. It was also important to compare the results to the conventional MPI (multi point injection) system, which is widespread in the passenger car market. The results that are expected to be found include an increase in volumetric efficiency combined with a reduction in temperature right before ignition, which enables to raise the compression ratio of the engine. Lastly, a turbocharged version of the GDI engine is also studied. In order to perform this study, the GT-Power computational software of Gamma technologies was used, which enables users to perform one dimensional engine simulations. A four cylinder, in-line, 2 L engine was designed where both fuel injection technologies were applied. Based on the results of the present simulation it was shown that the direct injection technology can improve the emissions and performance of the SI engine. The volumetric efficiency increased on an average rate of 5%, which allowed a further raise of the engine compression ratio. In the end, the naturally aspirated gasoline direct injection engine achieved a decrease of the specific output of carbon dioxide and nitrogen oxides of about 4% and 10% respectively while operating at full load, whereas at part load that decrease can reach 11.2% and 40.1% correspondingly. Finally, the turbocharged version of the direct injection engine showed a significant rise in horsepower through the whole operation range combined with a slight decrease in consumption and emissions. These results determine the impact of the gasoline direct injection technology on the reduction of the emissions and the performance compared to the conventional multi point injection system. In conclusion, they verify previous findings and give encouraging signs for the sustainability of the SI engine in the future.	en
heal.advisorName	Γιακουμής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Γιακουμής, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	69 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false