Zero-dimensional 2-phase combustion model in a dual-fuel compression ignition engine fed with gaseous fuel and a divided diesel fuel charge

The problem of using alternative fueling sources for combustion engines has been growing in importance recently. This is connected not only with the dwindling oil resources, but also with the growing concern for the natural environment and the fight against global warming. This paper proposes the concept for a zero-dimensional model of a multi-fuel engine, enabling the determination of thermodynamic system parameters based on the basic geometric and material object data (complete model). The basic problems in the creation of this model and the modeling of the accompanying subprocesses have been outlined and the methodology of the numerical solution of the obtained mathematical description has been proposed. The basic characteristics of the developed model are: the application of an original model of liquid fraction injection based on normal distribution, a new Assanis correlation for computing the diesel fuel self-ignition delay period in the presence of gas, first-order chemical reaction kinetic equations for describing the course of combustion for combustible components of the gas/air mixture, the implementation of a self-consistency procedure in modeling heat exchange and the effect of exhaust recirculation, the inclusion of both a single liquid fuel injection and the possibility of performing computations for a divided charge.

W ostatnim czasie problem wykorzystania alternatywnych źródeł zasilania silników spalinowych zyskuje szczególnie na znaczeniu. Związane jest to nie tylko z kurczącymi się zasobami ropy naftowej, ale również z coraz większą troską o środowisko naturalne oraz walką z globalnym ociepleniem. W niniejszej pracy zaproponowano koncepcję zero-wymiarowego modelu silnika wielopaliwowego, umożliwiającego, wyznaczenie parametrów termodynamicznych układu w oparciu o podstawowe dane geometryczne i materiałowe obiektu (model kompletny). Nakreślono podstawowe problemy w zagadnieniu tworzenia takiego modelu i modelowania podprocesów towarzyszących oraz zaproponowano metodykę numerycznego rozwiązywania uzyskanego opisu matematycznego. Podstawowe wyróżniki opracowanego modelu to: zastosowanie autorskiego modelu procesu wtrysku frakcji ciekłej opartego na rozkładzie normalnym, nowej korelacji Assanisa do obliczenia okresu zwłoki samozapłonu oleju napędowego w obecności gazu, jednostopniowych równań kinetyki reakcji chemicznej do opisu przebiegu spalania składników palnych mieszaniny gaz-powietrze, implementacja procedury samouzgodnienia w modelowaniu procesu wymiany ciepła i wpływu recyrkulacji spalin, uwzględnienie zarówno pojedynczego wtrysku paliwa ciekłego jak i możliwość prowadzenia obliczeń dla dawki dzielonej.