РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЕТОНАЦИИ В СОВРЕМЕННОМ ДВС
Аннотация
Рассматриваются недостаточно изученные аспекты управления двигателем внут-
реннего сгорания, такие как использование детонации. При детонации вместо постоянно-
го фронтального пламени в зоне сгорания образуется детонационная волна, несущаяся со
сверхзвуковой скоростью. В волне сжатия детонируют топливо и окислитель. Этот про-
цесс, с точки зрения термодинамики, повышает коэффициент полезного действия двига-
теля. В двигателях внутреннего сгорания существуют два различных режима распро-
странения горения топливо воздушной смеси: дефлаграция и детонация. Двигатели рабо-
тающий в режиме детонационного сгорания в настоящее время не используются и их воз-
можности наиболее интересны. Современные двигатели внутреннего сгорания плохо пере-
носят режим детонации, но возможность непродолжительного сгорания части топливо-
воздушной смеси с детонацией заложена в их конструкции. Ситуация возникновения дето-
нации в настоящее время постоянно изучается, к ней относятся, как к вредной состав-
ляющей процесса горения, для борьбы с которой необходимо совершенствовать двигатель,
его управление и использование современного топлива. Предлагается использовать этот,
считающийся случайным, процесс для повышения крутящего момента и мощности двига-
тель внутреннего сгорания. Рассматривается возможность использования детонационно-
го сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, как полезной
части рабочего процесса и делается предположение о возможности управления горением
топливо-воздушной смеси в смешенном режиме, позволяющем улучшить индикаторные
показатели. Высказаны предположения для создания модели и произведено моделирование
давления в цилиндре на этапе горения топливовоздушной смеси с частичной детонацией.
Произведено определение способа расчета тепловыделения, который является одним из
важнейших этапов создания математической модели, поскольку от этого зависит точ-
ность и адекватность рассчитываемых параметров, как для режимов дефлаграционого
горения топливовоздушной смеси, так и с использованием использования детонационного
сгорания. Предложенная процедура расчета параметров рабочего цикла ДВС позволяет
проводить вычисления в реальном времени и учесть влияние состава бинарного топлива на
показатели мощности, экономичности, механической и динамической нагрузки на детали
кривошипно-шатунного механизма, а также термической нагрузки на двигатель.
Литература
izd-vo tekhn.-teoret. lit., 1955, 268 p.
2. Wang Z., Liu H., Reitz R.D. Knocking combustion in spark-ignition engines, Progress in Energy
and Combustion Science, 2017, Vol. 61, pp. 78-112.
3. Gowthaman S., Sathiyagnanam A.P. Performance and emission characteristics of homogeneous
charge compression ignition engine–a review, International Journal of Ambient Energy,
2017, Vol. 38, No. 7, pp. 672-684.
4. Mitrofanov V.V. Teoriya detonatsii [Theory of detonation]. Novosibirsk: NGU, 1982, 92 p.
5. Caton J.A. The interactions between IC engine thermodynamics and knock, Energy Conversion
and Management, 2017, Vol. 143, pp. 162-172.
6. Beresnev A.L, Beresnev M.A. Uvelichenie effektivnosti podvizhnykh ob"ektov s
ispol'zovaniem detonatsii v khodovom dvigatele vnutrennego sgoraniya [Increasing the efficiency
of mobile objects using detonation in a running internal combustion engine],
Perspektivnye sistemy i zadachi upravleniya: Mater. XIII vserossiyskoy nauchnoprakticheskoy
konferentsii [Perspective systems and management tasks: Materials of the XIII
all-Russian scientific and practical conference]. Vladivostok, 2018, pp. 131-138.
7. Beresnev M.A., Beresnev A.L. Upravlenie sostavom binarnogo topliva dlya uluchsheniya
pokazateley DVS [Managing the composition of binary fuel to improve the performance of internal
combustion engines], AvtoGazoZapravochnyy kompleks + Al'ternativnoe toplivo [Gas
station complex + Alternative fuel], 2012, No. 3 (63), pp. 7-10.
8. Beresnev A.L, Beresnev M.A. Bystritskiy A.V. Vozmozhnosti upravleniya detonatsionnym
goreniem razlichnykh tipov v DVS [Features of controlling detonation Gorenje of various
types in the internal combustion engine], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences]. – 2019. – № 3 (205). – C. 198-207.
9. Beresnev A.L., Beresnev M.A., Bystritskiy A.V. Issledovanie vozmozhnosti upravleniya DVS
vo vremya detonatsionnogo goreniya chasti toplivo-vozdushnoy smesi [Investigation of the
possibility of controlling the internal combustion engine during the detonation Gorenje part of
the fuel-air mixture], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences].
2018, No. 6 (200), pp. 164-174.
10. Beresnev M.A., Beresnev A.L. Osobennosti kontrolya detonatsii pri ispol'zovanii binarnogo
topliva [Features of detonation control when using binary fuel], Sb. nauchnykh trudov SWorld
[Collection of scientific papers SWorld], 2011, Vol. 1, No. 2, pp. 56-58.
11. Orlin A.S. Teoriya porshnevykh i kombinirovannykh dvigateley [Theory of piston and combined
engines], ed. by A.S. Orlina i M.G. Kruglova. Moscow: Mashinostroenie, 1983, 372 p.
12. L'yuis B., El'be G. Gorenie, plamya i vzryvy v gazakh [Combustion, flames and explosions of
gases]. Moscow: Mir, 1968, 592 p.
13. Glagolev N.M. Rabochie protsessy dvigateley vnutrennego sgoraniya. Novyy metod rascheta
[Working processes of internal combustion engines. A new method of calculation]. Moscow:
Izd-vo mashinostr. lit., 1950, 481 p.
14. Giryavets A.K. Teoriya upravleniya avtomobil'nym benzinovym dvigatelem [Theory of automobile
gasoline engine control]. Moscow: Stroyizdat, 1997, 161 p.
15. Kavtaradze R.Z. Teoriya porshnevykh dvigateley. Spetsial'nye glavy [Theory of piston engines.
Special chapters]. Moscow: Izd-vo MGTU im N.E. Baumana, 2008, 720 p.
16. Ivashchenko N.A., Kavtaradze R.Z. Mnogozonnye modeli rabochego protsessa dvigateley
vnutrennego sgoraniya [Multi-zone models of the internal combustion engine workflow].
Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 1997, 57 p.
17. Varnatts Yu., Maas U., Dibbl R. Osnovy goreniya. Fizicheskie i khimicheskie aspekty,
modelirovanie, eksperimenty. Obrazovanie zagryaznyayushchikh veshchestv [Basics of
Gorenje. Physical and chemical aspects, modeling, experiments], transl. from engl.
G.L. Agafonova, ed. by P.A. Vlasov. Moscow: Fizmatlit, 2003, 352 p.
18. Inozemtsev N.V., Koshkin V.K. Protsessy sgoraniya v dvigatelyakh [Combustion processes in
engines]. Moscow: Mashgiz, 1949, 344 p.
19. Glagolev N.M. Rabochie protsessy dvigateley vnutrennego sgoraniya [Working processes of
internal combustion engines]. Moscow: Mashgiz, 1950, 479 p.
20. Vibe I.I. Novoe o rabochem tsikle dvigatelya [New about the working cycle of the engine].
Moscow: Mashgiz, 1962, 271 p.
21. Sharoglazov B.A., Farafontov M.F., Klemen'tev V.V. Dvigateli vnutrennego sgoraniya: teoriya,
modelirovanie i raschet protsessov [Internal combustion engines: theory, modeling and calculation
of processes]. Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2004, 344 p.
22. Elagin M.Yu., Kuz'mina I.V. Matematicheskaya model' i teoreticheskie issledovaniya
rabochikh protsessov mnogotsilindrovykh dvigateley vnutrennego sgoraniya [Mathematical
model and theoretical studies of working processes of multi-cylinder internal combustion engines],
Izvestiya TulGU. Seriya «Avtomobil'nyy transport» [Izvestiya of the Tula state University.
Series “Road transport”], Issue 3. Tula: TulGU, 1999, pp. 104-107.
23. Beresnev M.A., Beresnev A.L. Mathematical model of gasoline-liquified gas mixture combustion
for IC engine control, Modern Fundamental and Applied Recearches, 2011, No. 3, pp. 58-61.
24. Kuz'min A.V. Pokazateli i regulirovki bitoplivnogo dvigatelya pri perevode ego s benzina na
szhizhennyy uglevodorodnyy gaz: diss. ... kand. tekhn. nauk [Indicators and adjustments of the
bi-fuel engine when converting it from gasoline to liquefied petroleum gas: cand. of eng. sc.
diss.]. Volgograd: VolgGTU, 2008, 116 p.
25. Fedyanova N.A. Ispol'zovanie matematicheskogo modelirovaniya rabochego protsessa dlya
razrabotki i obosnovaniya kontseptsii effektivnogo upravleniya uglom operezheniya
zazhiganiya v DVS: diss. ... kand. tekhn. nauk [Using mathematical modeling of the workflow
to develop and justify the concept of effective control of the ignition advance angle in the internal
combustion engine: cand. of eng. sc. diss.]. Volgograd: VolgPI, 1992, 139 p.
