Об этом сообщила пресс-служба НовГУ.
Как пояснил один из авторов работы, доцент кафедры автомобильного транспорта НовГУ А. Капустин, топливно-воздушная смесь, сгорающая в цилиндре, необходима для работы мотора так же, как кислород и топливо для огня. Смесь бывает трех типов. Стехиометрическая предполагает ровно столько бензина, сколько нужно для полного сгорания кислорода из воздуха, для бензина это около 1 части горючего на 14,7 частей воздуха. Богатая смесь содержит больше топлива, чем требуется, дает прирост мощности, но увеличивает расход. Бедная смесь, наоборот, имеет избыток воздуха и недостаток бензина, она экономичнее и меньше подвержена детонации.
А. Капустин отметил, что современные двигатели все чаще переводят на бедные смеси ради экономии топлива. Однако прежняя формула Дауда и Ейза, одна из самых известных для расчета детонации, корректно работает только со стехиометрической смесью и дает ошибки для бедных режимов.
Контекст
Действительно, актуальность исследований детонационных свойств двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возросла. Высокие детонационные свойства топлива позволяют использовать высокую степень сжатия и наддув, что актуально и при переводе на природный газ. Но экспериментальная доводка таких двигателей даже с использованием цифровизации - довольно сложная задача.Есть различные математические модели прогнозирования детонации в бензиновых двигателях. Модель на основе интеграла Ливенгуда–Ву (Knock Integral Method) - на основе идеи о том, что процесс самовоспламенения накапливается во времени, и когда интеграл достигает единицы, происходит детонация.
Есть модель на основе идеи задержки самовоспламенения, описывается уравнением аррениусовского типа.
Широко известна модель на основе формулы Дауда и Ейза (Douaud–Eyzat), полученная для эталонных изооктан-гептановых смесей.

Формула корректно работала только для стехиометрической смеси (соотношение бензин : воздух ≈ 1 : 14,7). Для бедных смесей она давала ошибку.
Октановое число - один из показателей детонационных свойств топлива.
Доработка формулы Дауда и Ейза
Чтобы устранить этот недостаток, исследователи ввели в формулу два параметра: коэффициент избытка воздуха, который показывает, насколько реальная смесь отклонилась от стехиометрической - стала беднее или богаче, и турбулизацию заряда - искусственное завихрение топливно-воздушной смеси в цилиндре. Как пояснил А. Капустин, закрученная смесь сгорает быстрее и равномернее, что повышает мощность и экономичность, но при неверном расчете завихрения могут спровоцировать детонацию.В результате появились новые формулы для бензина с октановыми числами 92 и 100. Новые формулы действуют именно в том диапазоне бедных смесей, где старые расчеты ошибались: при содержании воздуха на 20-80% больше идеальной пропорции.
Почему для бензина с октановыми числами именно 92 и 100? С этими октановыми числами связана основная гамма массового бензина, которые исследуют инженеры при проектировании двигателей для повседневной эксплуатации. Формулы позволяют на этапе проектирования выбрать оптимальную степень сжатия и избежать детонации в реальных условиях работы ДВС.
Ученый подчеркнул, что новые формулы особенно ценны в условиях топливного дефицита, так как экономят ресурсы на этапе проектирования новых бензиновых поршневых моторов. Разработчикам не нужно собирать десятки опытных образцов с разной степенью сжатия и проводить дорогостоящие стендовые испытания. Достаточно выполнить программный расчет, выбрать оптимальный вариант и проверить всего один-два двигателя.
Также формулы помогут при переводе серийных дизелей на природный газ (метан), где сжигаются бедные смеси, а дизельное топливо используется только для воспламенения. Предварительные расчеты по детонации значительно снизят затраты на экспериментальную доводку.
А. Капустин добавил, что раньше точных формул для бедных смесей не существовало. Теперь можно точно определять условия, при которых детонации не будет, что позволяет экономить топливо и проектировать более мощные и надежные двигатели без лишних расходов.
Детонация - это неконтролируемое взрывное сгорание топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Она вызывает ударные нагрузки на поршневую группу и может привести к серьезным поломкам двигателя, поэтому точный расчет условий ее возникновения критически важен для обеспечения надежной работы мотора.
Автор: А. Шевченко
































