Τριβολογική ανάλυση ελατηρίου συμπίεσης μηχανών εσωτερικής καύσης οχημάτων με καύσιμο το υδρογόνο (HICEV)

• Κύριος συγγραφέας: Νικολοπούλου, Βασιλική - Ιωάννα
• Άλλοι συγγραφείς: Nikolopoulou, Vasiliki - Ioanna
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Φαινόμενο Blow-by; Δυναμικό ιξώδες μίγματος καυσίμου-αέρα; Τριβικό ζεύγος ελατήριο συμπίεσης-τοιχώματα κυλίνδρου; Λίπανση; ICE; H2 vs CNG; Blow-by; Dynamic viscosity of fuel-air mixture; Compression ring – liner conjunction; Lubrication

Το υδρογόνο, εξαιτίας των ιδιοτήτων καύσης του, καθίσταται ως ένα πράσινο καύσιμο, η χρήση του οποίου στις ΜΕΚ μπορεί να συντελέσει στην μείωση των καθαρών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά τουλάχιστον 55% .Ακόμη, την δεδομένη στιγμή με τις παρούσες γεωπολιτικές εξελίξεις, το υδρογόνο καλείται να λειτουργήσει και ως μοχλός απεξάρτησης από το φυσικό αέριο και γενικότερα από τα μειούμενα συμβατικά ορυκτά καύσιμα και την ηλεκτρική ενέργεια, συμβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο στην ενεργειακή αυτονομία. Επομένως, εξαιτίας των προαναφερθέντων, τα αντικείμενα έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας αναπτύσσονται γύρω από τα καύσιμα : αέριο υδρογόνο / H2 και συμπιεσμένο φυσικό αέριο / CNG. Συγκεκριμένα, μοντελοποιείται το φαινόμενο Blow-by αναφορικά με το πρώτο ελατήριο συμπίεσης τετράχρονου, παλινδρομικού, εμβολοφόρου κινητήρα, δηλαδή το φαινόμενο της διαρροής μάζας αερίων από τον θάλαμο καύσης με κατεύθυνση προς τον στροφαλοθάλαμο. Το φαινόμενο αυτό διαδραματίζει καταλυτικό ρόλο στην απόδοση της μηχανής, στην κατανάλωση και την ποιότητα του λιπαντικού και στις εκπομπές καυσαερίων. Στόχος της συγκεκριμένης μοντελοποίησης, η οποία υλοποιείται σε περιβάλλον αριθμητικής υπολογιστικής, αποτελεί ο υπολογισμός της πίεσης των αερίων που εγκλωβίζονται στιγμιαία στην περιοχή πίσω από το πρώτο ελατήριο συμπίεσης, συναρτήσει της γωνίας του στροφάλου. Μάλιστα, ως προς την διεξαγωγή ακόμη πιο ρεαλιστικών αποτελεσμάτων, προτείνεται ένα καινούριο, συνδυαστικό θερμικό μοντέλο εύρεσης του δυναμικού ιξώδους του μίγματος καυσίμου-αέρα, το οποίο βασίζεται στις επικρατούσες θερμοκρασίες των αέριων εντός του κυλίνδρου. Στη συνέχεια, η πίεση αυτή χρησιμοποιείται ως εισακτέα τιμή σε κατάλληλο κώδικα CFD, η υλοποίηση του οποίου διαμέσου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ανάλυσης, έχει ως αποτέλεσμα τον υπολογισμό του ελάχιστου πάχους του στρώματος λιπαντικού και τις αναπτυσσόμενες τριβές ανάμεσα στο τριβικό ζεύγος ελατήριο συμπίεσης / τοιχώματα κυλίνδρου. Επιπλέον, οι αναπτυσσόμενες αυτές τριβές οδηγούν σε απώλειες ισχύος και άρα αυξημένη κατανάλωση καυσίμου, προκειμένου η μηχανή να ανταπεξέλθει υπό τις όποιες συνθήκες λειτουργίας.Συγκεφαλαιωτικά, καθώς οι απώλειες αυτές εκτιμάται ότι αποτελούν έως και το 5% των συνολικών απωλειών των ΜΕΚ και ότι το 1/3 του καταναλισκόμενου καυσίμου προορίζεται για την εξισορρόπηση των τριβών, διαφαίνεται η σπουδαιότητα κατασκευής του συγκεκριμένου τριβολογικού μοντέλου, η διεξαγωγή αποτελεσμάτων, ο κριτικός σχολιασμός αυτών και η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων.