Расчетные исследования впрыскивания и распыливания топлива в двигателе с HCCI-процессом

Показано, что на современном этапе развития двигателестроения важнейшими показателями двигателей внутреннего сгорания являются показатели токсичности их отработавших газов. Представлен новый принцип работы двигателя Z-engine, который сочетает в себе основные преимущества двухтактных и четырехтактных двигателей. Приведены характеристики газообмена двигателя Z-engine и его индикаторная диаграмма. С использованием программного комплекса Diesel-RK выполнены расчеты рабочего процесса двухцилиндрового двигателя Z-engine с воспламенением рабочей смеси от искры. Показана возможность организации в этом двигателе гомогенного смесеобразования - НССI-процесса и необходимость моделирования процессов впрыскивания и распыливания топлива. Применение программного комплекса ANSYS Fluent 14 позволило провести моделирование течения топлива в проточной части штифтовой форсунки, используемой в двигателе Z-engine, и развития струй топлива с испарением капель внутри цилиндра. Подтверждена возможность получения гомогенного смесеобразования в исследуемом двигателе. Определены мероприятия, необходимые для реализации рабочего цикла HCCI в двигателе Z-engine.

Литература

[1] Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей. М.: Легион-Автодата, 2005. 344 с.

[2] Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 376 с.

[3] Janhunen T.T. HCCI-Combustion in the Z Engine // SAE Technical Paper Series. 2012. No. 2012-01-1573. P. 1-16.

[4] Tiainen J., Saarinen A., Gronlund T., Larmi MNovel Two-Stroke Engine Concept, Feasibility Study // SAE Technical Paper Series. 2003. No. 2003-01-3211. P. 1-15.

[5] Flowers D., Aceves S., Smith R. et al. HCCI in a CRF Engine: Experiments and Detailed Kinetic Modeling // SAE Technical Paper Series. 2000. No. 2000-01-0328. P. 1-13.

[6] Yao M., Chen Z., Zheng Z. et al. Effect of EGR on HCCI Combustion Fuelled with Dimethyl Ether (DME) and Methanol Dual-Fuels // SAE Technical Paper Series. 2005. No. 2005-01-3730. P. 1-8.

[7] Zheng Z., Yao M., Chen Z. et al. Experimental Study on HCCI Combustion of Dimethyl Ether (DME). Methanol Dual-Fuel // SAE Technical Paper Series. 2004. No. 2004-01-2993. P. 1-9.

[8] Гусаков С.В., Махмуд Мохамед Эль Гобаши Эль Хагар. Моделирование рабочего процесса поршневого двигателя с самовоспламенением гомогенного заряда // Известия Тульского государственного университета. Автомобильный транспорт. 2003. № 7. С. 173-179.

[9] Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 360 с.

[10] Марков В.А., Стремяков А.В., Акимов В.С., Шумовский В.А. Расчетные исследования процесса топливоподачи дизеля, оснащенного распылителями форсунок с различной геометрией проточной части // Грузовик. 2011. № 3. С. 13-17.

[11] Araki M., Umino Т., Obokata Т., Ishima T. et al. Effects of Compression Ratio on Characteristics of PCCI Diesel Combustion with a Hollow Cone Spray // SAE Technical Paper Series. 2005. No. 2005-01-2130. P. 1-8.

[12] Obokata T., Long W., Ishima T. PDA and LDA Measurements of Large Angle Hollow Cone Spray Proposed for Hot-Premixed Combustion Type Diesel Engine // SAE Technical Paper Series. 1996. No. 960772. P. 1-10.

[13] Yang X., Takamoto Y., Okajima A., Obokata T. et al. Comparison of Computed and Measured High-Pressure Conical Diesel Sprays // SAE Technical Paper Series. 2000. No. 2000-01-0951. P. 1-9.

[14] Obokata I., Shiga E., Matsuda M., Long Y.L. Characteristics of Premixed Combustion Type Diesel Engine Using Hollow Cone Spray // ASME. 2001. No. 2001-ICE-419. P. 1-10.

[15] Ishima T., Matsuda T., Shiga S., Araki M. et al. Characteristics of HCCI Diesel Combustion Operated with a Hollow Cone Spray // SAE Technical Paper Series. 2003. No. 2003-01-1823. P. 1-8.

[16] Ming J., Maozhao X., Hong L., Wei-Haur L., Tianyou W. Numerical Simulation of Cavitation in the Conical-Spray Nozzle for Diesel Premixed Charge Compression Ignition Engines // Fuel. 2011. Vol. 90. P. 2652-2661.

[17] Jia M., Hou D., Li J., Xie M. et al. A Micro-Variable Circular Orifice Fuel Injector for HCCI-Conventional Engine Combustion - Part I Numerical Simulation of Cavitation // SAE Technical Paper Series. 2007. No. 2007-01-0249. P. 1-15.

[18] Schmid A. Experimental characterization of the two phase flow of a modern, piezo activated hollow cone injector. DISS. ETH. 2012. No. 20852. P. 1-16.

[19] Кулешов А.С., Акимов В.С., Йанхунен T. Численные исследования развития кавитации в штифтовой форсунке двигателя с HCCI-процессом // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тез. докл. XIX шк. семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева. 2013. С. 125-126.