Utjecaj oblika prostora izgaranja na performanse Ottovog motora

Motori s unutarnjim izgaranjem su pogonski strojevi većine cestovnih vozila koji prometuju današnjim cestama. Elektromotor daje vučnu karakteristiku vrlo sličnu idealnoj hiperboli, no baterijski sustav nije dovoljno razvijen kako bi spomenuta kombinacija postala ozbiljan konkurent motoru s unutarnjim izgaranjem kao pouzdan i dugotrajan pogonski stroj. Razvoj modernih motora usmjeren je na poboljšanje performansi uz smanjenje potrošnje i zadovoljavanje sve rigoroznijih zakona o emisiji štetnih plinova u okoliš. Eksperimentalna istraživanja u području motora s unutarnjim izgaranjem zahtijevaju primjenu izrazito skupe opreme te znatno više vremena u usporedbi s primjenom numeričkih simulacija. Povećanjem mogućnosti računala računalne simulacije se promiču u glavni inženjerski alat za razvoj motora s unutarnjim izgaranjem. Izgaranje u Ottovom motoru započinje pojavom električne iskre između elektroda svjećice čime se električna energija impulsa pretvara u povećanje unutarnje energije što dovodi do inicijalnog zapaljenja smjese goriva i zraka. Nakon početne faze stvaranja jezgre plamena dolazi do širenja fronte plamena kroz cjelokupni prostor izgaranja što je popraćeno turbulentnim izgaranjem u cilindru. Najveći utjecaj na brzinu oslobađanja topline u Ottovom motoru, koja posljedično utječe na performanse motora, imaju turbulentno strujanje u cilindru i geometrija prostora izgaranja. Simulacijama radnog ciklusa (engl. Cycle-simulation) te primjenom tzv. kvazi-dimenzijskih modela izgaranja moguće je obuhvatiti utjecaj karakterističnih turbulentnih veličina i oblika prostora izgaranja na širenje fronte plamena tijekom izgaranja. Fraktalni model izgaranja, kao jedan od često korištenih kvazi-dimenzijskih modela izgaranja za Ottove motore, promatra izgaranje kao proces koji se sastoji od tri karakteristične faze: stvaranja jezgra plamena, turbulentnog izgaranja i dogorijevanje uz stjenku. U svrhu proračuna karakterističnih turbulentnih veličina kao što su intenzitet turbulencije i integralna duljina vrtloga potrebno je primijeniti pod-model turbulencije. U ovom radu korišten je K-k pod-model turbulencije. Za potrebe kalibracije konstantni simulacijskog modela izrađenog u komercijalnom programskom paketu AVL Boost izmjereni su eksperimentalni podatci za nekoliko radnih točaka eksperimentalnog motora Hatz 1D81 u Laboratoriju za motore i vozila.. Nakon provedene validacije i kalibracije konstanti simulacijskog modela provedene su numeričke analize utjecaja raznih oblika čela klipa i glave motora na srednji indicirani tlak i efektivnu snagu motora. Tijekom simulacija sve ostale geometrijske značajke motora i konstante pojedinih pod-modela ostale su nepromijenjene čime je osigurano izdvajanje utjecaja geometrije prostora izgaranja na performanse motora. Na kraju su prikazani, uspoređeni i objašnjeni simulacijski rezultati te su izvedeni zaključci o mogućnostima simulacija radnog ciklusa u pogledu analize utjecaja promjene geometrije prostora izgaranja na performanse Ottovog motora. Također, dane su smjernice za razvoj poboljšanog prostora izgaranja analiziranog motora