Влияние закрутки заряда на впуске на топливно-экономические и экологические показатели газопоршневого двигателя

Приведены результаты исследования влияния формы впускных каналов на турбулизацию и закрутку заряда в камере сгорания, скорость сгорания смеси, экологические и индикаторные показатели двигателя. Исследование выполнено с помощью математического моделирования физико-химических процессов, протекающих в камере сгорания поршневого двигателя при сгорании газового топлива. Смоделированы турбулентное течение смеси, искровое зажигание и сгорание газового топлива. Для моделирования турбулентного течения использована RNG (k--ε)-модель, для моделирования горения природного газа в камере сгорания --- модель, основанная на удельной площади поверхности пламени, так называемая G-equation модель. При моделировании искрового зажигания применена модель дискретных частиц ядра зажигания DPIK (Discrete Particle Ignition Kernel). В результате моделирования выявлено, что замена одного впускного канала на тангенциальный канал позволяет создать вихревое движение и увеличить турбулентность смеси в камере сгорания. Увеличение кинетической энергии смеси перед подачей искры ведет к уменьшению времени сгорания. Применение закрутки заряда на впуске с помощью замены одного канала наполнения тангенциальным позволяет значительно улучшить экологические показатели двигателя при сохранении топливно-экономических показателей. Для моделирования физико-химических процессов в камере сгорания использована программа ANSYS Forte

Литература

[1] Булычева З.Ю., Семенихин А.Н., Соколов М.Г. Дизель и газодизель: соревнование равных. Автомобильная промышленность, 1992, № 2, с. 13--14.

[2] Гайворонский А.И., Марков В.А., Илатовский Ю.В. Использование природного газа и других альтернативных топлив в дизельных двигателях. М., ООО "ИРЦ Газпром", 2007.

[3] Кавтарадзе Р.З. Теплофизические процессы в дизелях, конвертированных на природный газ и водород. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.

[4] Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.

[5] Пацей П.С., Галышев Ю.В. Профилирование впускных каналов головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Научно-технические ведомости СПБПУ. Естественные и инженерные науки, 2015, № 4, с. 14--21.

[6] Пацей П.С., Галышев Ю.В. Исследование влияния закрутки заряда на впуске на параметры газопоршневого двигателя. Известия МААО, 2017, № 35, с. 93--99.

[7] Пацей П.С., Галышев Ю.В. Влияние формы камеры сгорания и выпускных каналов на показатели газового двигателя. Двигателестроение, 2018, № 4, с. 8--12.

[8] Patsey P.S., Galyshev Yu.V. Computational study of influence of inflow port channel design on spark-ignition natural gas engine parameters. MATEC Web Conf., 2018, vol. 245, art. 09001. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201824509001

[9] Johansson B., Olsson K. Combustion chambers for natural gas SI engines. Part 1: Fluid flow and combustion. SAE Tech. Pap., 1995, no. 950469. DOI: https://doi.org/10.4271/950469

[10] Olsson K., Johansson B. Combustion chambers for natural gas SI engines. Part 2: Combustion and emission. SAE Tech. Pap., 1995, no. 950517. DOI: https://doi.org/10.4271/950517

[11] Lee K., Bae C., Kang K. The effects of tumble and swirl flows on flame propagation in a four-valve SI engine. Appl. Therm. Eng., 2007, vol. 27, no. 11-12, pp. 2122--2130. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.11.011

[12] Hill P.G., Zhang D. The effect of swirl and tumble on combustion in spark ignition engines. Prog. Energy Combust. Sc., 1994, vol. 20, no. 5, pp. 373--429. DOI: https://doi.org/10.1016/0360-1285(94)90010-8

[13] Гайворонский А.И., Савченков Д.А. Обоснование выбора формы камеры сгорания газового двигателя транспортного назначения с учетом вихревого отношения дизельного прототипа. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2008, № 1, с. 25--37.

[14] Lu Z., Wang T., Li X., et al. Parametric design of the tangential intake port in diesel engines. Proc. Inst. Mech. Eng. D, 2013, vol. 227, no. 3, pp. 409--421. DOI: https://doi.org/10.1177%2F0954407012461118

[15] ANSYS FORTE 18.0 Theory Manual. ANSYS Inc., 2017.

[16] Снегирёв А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. СПб., Изд-во Политехн. ун-та, 2009.

[17] Снегирёв А.Ю. Основы теории горения. СПб., Изд-во Политехн. ун-та, 2014.

[18] Tan Z., Reitz R.D. An ignition and combustion model based on the level-set method for spark ignition engine multidimensional modeling. Combust. Flame, 2006, vol. 145, no. 1-2, pp. 1--15. DOI: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2005.12.007