Treffer: Development of a three-zone combustion model for stratified-charge spark-ignition engine

A thermodynamic model for calculating the operating process in the cylinder of a spark-ignition engine with internal mixture formation and stratified air-fuel charge based on the volume balance method was developed. The model takes into account the change in the working fluid volume during the piston movement in the cylinder. The equation of volume balance of internal mixture formation processes during direct fuel injection into the engine cylinder was compiled. The equation takes into account the adiabatic change in the volume of the stratified air-fuel charge, consisting of fuel-air mixture volume and air volume. From the heat balance equation, the change in the fuel-air mixture volume during gasoline evaporation in the fuel stream and from the surface of the fuel film due to external heat transfer was determined. Basic equations of combustion-expansion processes of the stratified air-fuel charge were derived, taking into account three zones corresponding to combustion products, fuel-air mixture and air volumes. The equation takes into account the change in the working fluid volume due to heat transfer and heat exchange between the zones and the walls of the above-piston volume. Dependences for determining the temperature in the three considered zones and pressure in the cylinder were obtained. Graphs of changes in the volumes of the combustion products, fuel-air mixture and air zones with the change of the above-piston volume in partial load modes (n=3,000 rpm) were plotted. With increasing load from bmep=0.144 MPa to bmep=0.322 MPa, at the moment of fuel ignition, the volume of the fuel-air mixture increases from 70 % to 92 % of the above-piston volume. At the same time, the air volume decreases from 30 % to 8 %. Analysis of theoretical and experimental indicator diagrams showed that discrepancies in the maximum combustion pressure do not exceed 5 %
Разработана термодинамическая модель для расчета рабочего процесса в цилиндре двигателя с искровым зажиганием и внутренним смесеобразованием при организации расслоенного топливовоздушного заряда на основе метода объемного баланса. Модель учитывает изменение объемов рабочего тела во время перемещения поршня в цилиндре. Составлено уравнение объемного баланса процессов внутреннего смесеобразования при непосредственном впрыскивании топлива в цилиндр двигателя. Уравнение учитывает адиабатическое изменение объема расслоенного топливовоздушной заряда, состоящего из объема топливовоздушной смеси и объема воздуха. Из уравнения теплового баланса определяется изменение объёма топливовоздушной смеси в процессе испарения бензина в топливной струе и с поверхности топливной пленки вследствие сообщения внешней теплоты. Выведены основные уравнения процессов горения-расширения расслоенного топливовоздушного заряда с учетом трех зон, соответствующих объемам: продуктов сгорания, топливовоздушной смеси и воздуха. Уравнение учитывает изменение объема рабочего тела вследствие сообщения теплоты и теплообмена между зонами и стенками надпоршневого объема. Получены зависимости для определения температуры в трех рассмотренных зонах и давления в цилиндре. Построены графики изменения объемов зоны продуктов сгорания, топливовоздушной смеси и воздуха при изменении надпоршневого объема на режимах частичных нагрузок (n=3000мин-1). С повышением нагрузки от ре=0,144МПа до ре=0,322МПа на момент воспламенения топлива увеличивается объем топливовоздушной смеси от 70% до 92% надпоршневого объема. При этом объем воздуха уменьшается с 30% до 8%. Анализ теоретических и экспериментальных индикаторных диаграмм показал, что расхождения по уровню максимального давления сгорания не превышают 5%
Розроблено термодинамічну модель для розрахунку робочого процесу в циліндрі двигуна з іскровим запалюванням та внутрішнім сумішоутворенням при організації розшарованого паливоповітряного заряду на основі методу об'ємного балансу. Модель враховує зміну об’ємів робочого тіла під час переміщення поршня в циліндрі. Складено рівняння об'ємного балансу процесів внутрішнього сумішоутворення при безпосередньому упорскуванні палива в циліндр двигуна. Рівняння враховує адіабатичну зміну об’єму розшарованого паливоповітряного заряду, який складається з об’єму паливоповітряної суміші й об'єму повітря. З рівняння теплового балансу визначається зміна об’єму паливоповітряної суміші в процесі випаровування бензину в паливному струмені та з поверхні паливної плівки внаслідок підведення з зовні теплоти. Виведено основні рівняння процесів горіння-розширення розшарованого паливоповітряного заряду з урахуванням трьох зон, які відповідають об’ємам: продуктів згоряння, паливоповітряної суміші та повітря. Рівняння враховує зміну об’єму робочого тіла внаслідок підведення теплоти і теплообміну між зонами й стінками надпоршневого об’єму. Отримано залежності для визначення температури в трьох розглянутих зонах і тиску в циліндрі. Побудовано графіки зміни об’ємів зони продуктів згоряння, паливоповітряної суміші та повітря при зміні надпоршневого об’єму на режимах часткових навантажень (n=3000хв-1). З підвищенням навантаження від ре=0,144МПа до ре=0,322МПа на момент займання палива збільшується об’єм паливоповітряної суміші від 70% до 92% надпоршневого об’єму. При цьому об'єм повітря зменшується з 30% до 8%. Аналіз теоретичних та експериментальних індикаторних діаграм показав, що розбіжності за рівнем максимального тиску згоряння не перевищують 5 %