Development and Validation of a Knock Model in Spark Ignition Engines Using a CFD code

Lafossas, F.-A.; Castagné, M.; Dumas, J. P.; Henriot, S.

doi:10.4271/2002-01-2701

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“…NO formation is then only described in the burnt gases zone using an extended Zel'dovitch mechanism [22] based on a set of 3 reversible equations: (23) This system is solved using the kinetic constants K i of the different equations i, with indexes + for the forward direction and -for the reverse one. The evolution of NO is then computed as: …”

Section: No Formationmentioning

confidence: 99%

“…The evolution of N 2 , O 2 , N, O, H and OH is also taken into account using set (23). Kinetic constants K i are taken from [22] and defined in Table 1.…”

Section: No Formationmentioning

confidence: 99%

“…For this purpose, a model describing the evolution of an auto-ignition precursor is used [23]. This precursor P is described by its mass fraction in the fresh gases which can be computed as: (27) where Y 0 fuel = m 0 fuel / m 0 fg is the fuel mass fraction in the fresh gases before the start of the combustion and F(θ) is a function of the delay: (28) where α = 1 s -1 is a constant.…”

Section: Knock Timing Calculationmentioning

confidence: 99%

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On the Reduction of a 3D CFD Combustion Model to Build a Physical 0D Model for Simulating Heat Release, Knock and Pollutants in SI Engines

Richard

Bougrine

Font

et al. 2009

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Réduction d'un modèle de combustion 3D en vue d'obtenir un modèle 0D physique permettant de simuler le dégagement d'énergie, le cliquetis et les émissions de polluants des moteurs à allumage commandé -Actuellement, l'une des principales préoccupations de l'industrie automobile concerne la réduction progressive des émissions de polluants et de la consommation de carburant tout en améliorant les performances et l'agrément de conduite des véhicules. Pour satisfaire ces exigences, le moteur automobile a évolué en une dizaine d'années en un système très complexe combinant de nombreux composants de haute technologie avec des stratégies de contrôle très élaborées. L'optimisation et le contrôle de ce système sont alors devenus de véritables challenges pour les constructeurs automobiles. Dans ce contexte, les outils de simulation du groupe motopropulseur se sont démocratisés et peuvent aujourd'hui être utilisés à toutes les étapes de développement des moteurs, du choix de l'architecture au développement des stratégies de contrôle et à la calibration. Cependant, pour être efficaces, ces outils nécessitent des modèles sophistiqués, en particulier dans les cylindres où se produisent les processus de combustion et de formation de polluants. Ce papier présente un modèle 0D physique de combustion dédié à la prédiction du dégagement d'énergie, du cliquetis et des polluants dans les moteurs à allumage commandé. L'originalité du modèle réside dans le fait qu'il est basé sur la réduction du modèle de combustion 3D E-CFM (Extended Coherent Flame Model) développé à l'IFP. Le formalisme CFM distingue deux zones: les gaz frais et les gaz brûlés qui sont séparés par un front de flamme et sont entièrement décrits par leurs masse, température et composition. Le modèle 0D proposé dans ce travail est une évolution importante du modèle CFM-1D déjà publié. Il permet le calcul du taux de consommation des gaz frais en se basant sur la surface de flamme turbulente. Cette surface est calculée en utilisant un prétraitement géométrique de la chambre de combustion associé à une réduction de l'équation 3D pour la densité de surface de flamme. La formation du CO est calculée à la fois au travers du front de flamme et dans les gaz brûlés en utilisant un schéma cinétique réduit tandis que les NOx sont estimés par le modèle de Zel'dovitch étendu. Le calcul du délai de cliquetis est effectué dans la zone 'gaz frais' en décrivant l'évolution d'un précurseur d'auto-inflammation et une corrélation simple est utilisée pour estimer l'intensité du cliquetis correspondante. Le modèle complet est validé avec des données expérimentales concernant un ensemble de points de fonctionnement stabilisés d'un moteur monocylindre. Des variations paramétriques autour des réglages optimaux du moteur sont également réalisées. Un bon accord avec les expériences est observé, montrant l'intérêt de réduire les modèles de CFD 3D afin de construire des modèles 0D prédictifs pour la simulation du système moteur dans son ensemble.

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Section: No Formationmentioning

confidence: 99%

“…The evolution of N 2 , O 2 , N, O, H and OH is also taken into account using set (23). Kinetic constants K i are taken from [22] and defined in Table 1.…”

Section: No Formationmentioning

confidence: 99%

Section: Knock Timing Calculationmentioning

confidence: 99%

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On the Reduction of a 3D CFD Combustion Model to Build a Physical 0D Model for Simulating Heat Release, Knock and Pollutants in SI Engines

Richard

Bougrine

Font

et al. 2009

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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“…The Fuel/Air equivalence ratio of the mixture varies between 0.5 and 1.38 while keeping constant the temperature at the end of the compression (T = 690 K). The values obtained are compared with experimental results and with values computed previously using a single delay model [12] for a PRF 90 (Fig. 7).…”

Section: Rapid Compression Machinementioning

confidence: 88%

“…Such auto-ignition models have already been reported for knock appearance detection [12][13][14] but the application range of these models is limited to this particular phenomenon.…”

Section: Development Through Combined Simulation and Experimentsmentioning

confidence: 99%

Latest Developments in Gasoline Auto-Ignition Modelling Applied to an Optical CAI (Tm) Engine

Knop

Jay

2006

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Derniers développements en matière de modélisation de l'auto-inflammation essence appliqués à un moteur optique utilisant la combustion CAI™ -La prédictivité de la simulation d'un moteur fonctionnant en mode de combustion à allumage par compression dépend fortement de la qualité de la description du phénomène d'auto-inflammation. L'auto-inflammation contrôlée d'un mélange carburé à base d'essence (CAI™ pour Controlled Auto-Ignition) nécessite la prise en compte des spécificités chimiques du carburant dans des conditions de fonctionnement caractérisées par des basses températures et de faibles richesses. Les modèles existants, utilisant des corrélations, ne permettent pas de couvrir l'ensemble de ces situations ni la prise en compte d'hétérogénéités locales responsables du développement des sites d'auto-inflammation. Ce papier décrit un nouveau modèle d'auto-inflammation basé sur l'exploitation de résultats de calculs de chimie complexe, opérés pour un large éventail d'indices d'octane et de taux de dilution par les gaz brû-lés. Sur base des conditions thermodynamiques locales, la description du phénomène d'auto-inflammation est réalisée par interpolation dans une base de données regroupant la description des effets de flammes froides et celle de l'évolution de la combustion pour des carburants de référence (PRF pour Primary Reference Fuel). La validation de ce modèle est opérée en comparant les résultats de simulation 3D à ceux de calculs de chimie complexe pour des configurations homogènes ou des machines à compression rapide. Un point de fonctionnement de référence, réalisé sur moteur à accès optique, est simulé afin de mettre en évidence les processus thermiques et chimiques responsables de l'apparition de l'auto-inflammation en combustion CAI™. Les résultats expérimentaux sont exploités pour évaluer la prédictivité du modèle en termes de valeurs moyennes, comme la pression cylindre, mais également pour les taux de réaction volumiques locaux comparés avec les visualisations directes de la lumière émise par les zones de combustion. Abstract -Latest Developments in Gasoline Auto

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Knock combustion characteristics of an opposed‐piston two‐stroke gasoline engine

Zhang

Wang³

2022

Energy Science & Engineering

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The spark plug of an opposed-piston two-stroke (OP2S) gasoline engine is arranged on the side wall of the cylinder liner, far from the center of the combustion chamber; the ignition core of the mixture is offset, the flame propagation distance is increased, the combustion duration is prolonged, and the knock tendency is severe. In this paper, a quasi-dimensional two-zone combustion model is used in GT-Power software to establish a thermodynamic process simulation model and a knock prediction model is included to analyze the effect and matching of the compression ratio, ignition timing, and other thermodynamic process parameters on the knock intensity and engine performance. The extended coherent flame model combustion model is coupled with the Huh-Gosman spray model in AVL-Fire software, and the An B knock model is used to establish an in-cylinder combustion model and analyze the flame propagation and the knock response rate of the flat and pit piston during the combustion process. With an increase of the compression ratio, the temperature and pressure of the mixture in the combustion chamber increase at the time of ignition, which leads to the knocking combustion in the cylinder. With an increase of the ignition advance angle, the in-cylinder pressure and temperature increase rapidly, which increases the likelihood of knocking combustion. In comparison with the pit piston combustion chamber, the flame propagation speed of the flat piston combustion chamber is relatively slow, which increases the knock tendency. The results show that lowering the compression ratio and delaying the ignition can reduce the incylinder knock tendency by setting a compression ratio of 10.5 and an ignition advance angle of 20°CA. When the pit piston is used to organize the squish and inverse squish before and after the inner dead center, the flame propagation process can be promoted. The knock response rate of pit piston is 24.7% lower than that of flat top piston.

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Development and Validation of a Knock Model in Spark Ignition Engines Using a CFD code

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On the Reduction of a 3D CFD Combustion Model to Build a Physical 0D Model for Simulating Heat Release, Knock and Pollutants in SI Engines

On the Reduction of a 3D CFD Combustion Model to Build a Physical 0D Model for Simulating Heat Release, Knock and Pollutants in SI Engines

Latest Developments in Gasoline Auto-Ignition Modelling Applied to an Optical CAI (Tm) Engine

Knock combustion characteristics of an opposed‐piston two‐stroke gasoline engine

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