Математическое моделирование детонации в двигателях с искровым зажиганием

Математическое моделирование детонации, прогнозирующее самовоспламенение топливно-воздушной смеси, упрощает регулирование двигателей и позволяет находить эффективные методы улучшения антидетонационных свойств двигателей. Анализ расчётной модели термодинамического цикла поршневого двигателя с искровым зажиганием, приближенной к действительному циклу, позволяет с достаточной точностью определять во времени изменения текущего давления цикла и температуры несгоревшей части заряда. Модель учитывает теплообмен между зонами горения заряда и стенками камеры сгорания. Начало детонации связано с моментом самовоспламенения несгоревшей части заряда и определено в зависимости от термодинамических параметров несгоревшей части заряда и кинетического механизма предпламенных химических процессов в топливно-воздушной смеси. Показано, что математическое моделирование механизма развития самовоспламенения несгоревшей части заряда в поршневых двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием можно выполнять так же, как и моделирование механизма развития самовоспламенения топливно-воздушной смеси в условиях продолжающегося сжатия в установках со свободно летящим поршнем. Точность расчёта самовоспламенения по модели цикла проверена экспериментально путём индицирования на различных скоростных режимах при различных коэффициентах избытка воздуха и наполнения, различных температурах смеси во впускном трубопроводе. Результаты моделирования проверены экспериментально на изооктане и октановой смеси (60% изооктана), и на товарных бензинах. Установлено, что при невысокой степени сжатия (до 5‑7) преобладает низкотемпературный механизм самовоспламенения, при больших степенях – высокотемпературный механизм. Граница возникновения детонации в ДВС может быть определена по моменту самовоспламенения (взрыва) в несгоревшей части заряда при остаточной цикловой доле несгоревшего топлива не менее 10%.

1. Хакимов Р.Т., Огнев О.Г. Использование природного газа в качестве моторного топлива для автотракторной техники: электронный // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта: Сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции (Екатеринбург, 3 декабря 2021 г.). Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2022. С. 39-41. EDN: OVNWUP.

2. Димогло А.В., Козлов В.Г. Исследование энергетических характеристик использования природного метана в газодизельном процессе ДВС // АгроЭкоИнфо. 2022. № 3 (51). С. 21. https://doi.org/10.51419/202123317

3. Девянин С.Н., Чумаков В.Л., Маpков В.А., Ефанов А.А. Использование биогаза в качестве топлива для дизелей // Грузовик. 2011. № 11. С. 32-43. EDN: OJYTTJ.

4. Chumakov V.L., Devyanin S.N., BijaevA.V. Nitrogen oxide formation with nonuniform fuel distribution in diesel engine. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1679(5):52089. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1679/5/052089

5. Чумаков В.Л., Девянин С.Н. Снижение выбросов оксидов при управлении процессом сгорания в дизельном двигателе // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021. Т. 15, № 1. С. 48-56. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-1-48-56

6. DauaudA.M., Eyzat P. Four – Octane – Number Method for Predicting the Anti-Knock Behavior of fuels and Engines. SAE Transactions. 1978. 780080. https://doi.org/10.4271/780080

7. Saidaminov S.S. The effects of fuel structure on the autoignition of fuel-air mixtures. SAE. 1980. 800046. https://doi.org/10.4271/800046

8. Капустин А.В., СмирновС.В., ЧумаковВ.Л. Математическая модель рабочего цикла двигателя с искровым зажиганием // Чтения академика В.Н. Болтинского. 2021. С. 86-95. EDN: FQYTNB.

9. By A., KempinskiB., Rife J.M. Knock in Spark ignition Engines. SAE Techn. Pap. 1981:810147. https://doi.org/10.4271/81014