The Anatomy of Knock

McKenzie, Jacob Elijah; Cheng, Wai K.

doi:10.4271/2016-01-0704

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“…3,[9][10][11][12] Consequently, knock onset and knock intensity also show significant cyclic variations. 4,13 This article also draws attention to the stochastic nature of knock and superknock, which in particular, needs to be understood and described in probabilistic terms.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Knock onset, knock intensity, superknock and preignition in spark ignition engines

Kalghatgi

2017

International Journal of Engine Research

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Knock is an abnormal and stochastic combustion phenomenon which limits the efficiency of spark ignition engines. It occurs because of autoignition initiated locally in hot spots in the fuel/air mixture ahead of the advancing flame front. The onset of knock is governed by chemical kinetics and is determined by the pressure and temperature history of the hot spot and the anti-knock quality of the fuel. Knock intensity is governed by the evolution of the pressure wave set off by the initial autoignition. As engine designers seek higher efficiency through downsizing and turbocharging, occasional extremely intense knock, 'superknock', is found to occur, even though operating conditions are chosen to avoid knock. Superknock is a manifestation of developing detonation which can be triggered by autoignition of the fuel/air mixture at high pressures and temperatures. Another stochastic phenomenon, preignition, is necessary but not sufficient to enable the pressures and temperatures that could cause superknock. These phenomena are discussed in this review.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Knock onset, knock intensity, superknock and preignition in spark ignition engines

Kalghatgi

2017

International Journal of Engine Research

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“…McKenzie and Cheng 29 of MIT proposed a knock intensity model based on the Bradley XI-Epsilon concepts, but in a simplified form with parameters determined by fitting to experimental data. This leads to a correlation of experimental knock intensity with the local rate of heat release at the time of auto-ignition where the heat release is represented by the inverse ignition delay.…”

Section: Knock Intensity Modelsmentioning

confidence: 99%

Knock and knock intensity models for boosted SI conditions with gasoline-ethanol blends

Lavoie

Middleton

Martz

et al. 2021

International Journal of Engine Research

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In this work, a previously developed, two-stage table-lookup kinetic method for surrogate Toluene Reference Fuels (TRF) was extended to gasoline-ethanol blends and exercised in a GT-POWER model of knock in several engines. Experimentally, the knock limit is normally determined by the magnitude of pressure oscillations, known as the knock intensity (KI), rather than the crank angle of initial pressure oscillations or the crank angle of auto-ignition, which is difficult to identify. A number of empirical expressions of knock intensity have been developed for modeling purposes which relate the knock intensity to the crank angle and conditions at auto-ignition, and are available in the literature. These models were implemented into a GT-POWER model and tested against experimental knock-limited data for gasoline and gasoline-ethanol blends. The KI models are phenomenological in nature and are based on varying conceptual views of the knock event. With calibration all methods gave satisfactory results at mid-speed conditions when compared with the experimental data. Some deviations were seen at low and high speeds. Low speeds are potentially important because both RON and MON testing occurs under such conditions. Implications of the results and their relationship to recent knock experimental work are discussed and suggestions offered for improved knock models.

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“…Unintended autoignition of the end-gas due to pressure and temperature effects causing distributed regions that reach the point of combustion form the most common type of abnormal combustion typically described as knock. Other forms, such as pre-ignition from an unintended ignition source such as lubricating oil and combustion chamber deposits, or destructive detonation wherein a strong pressure wave creates local compression, driving combustion at sonic speeds, also fall under the general description of "knock", but will not be treated in this work (McKenzie & Cheng, 2016).…”

Section: Spark-ignited Combustion Backgroundmentioning

confidence: 99%

Analytical and Experimental Investigation of Temperature-Swing Insulation on Engine Performance

Andruskiewicz¹

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ResumenLos materiales aislantes han sido investigados a fondo por sus posibles mejoras en la eficiencia térmica de los motores de combustión interna alternativos. Estas mejoras se ven reflejadas tanto directamente en el trabajo indicado como indirectamente a través de la reducción del sistema de refrigeración del propio motor. Diferentes estudios, tanto experimentales como analíticos, han mostrado la reducción en la transferencia de calor a través de las paredes de la cámara de combustión mediante la utilización de estos materiales. Sin embargo, demostrar la conversión de la energía térmica adicional en trabajo indicado ha resultado más difícil. En ciertos estudios se pudieron obtener mejoras en el trabajo indicado durante la carrera de expansión, pero éstas fueron reducidas debido a un menor rendimiento volumétrico debido al calentamiento de la carga durante el proceso de admisión y un mayor trabajo en la carrera de compresión. Típicamente, las únicas mejoras en el trabajo al freno provendrían de la reducción de pérdidas por bombeo en los motores turboalimentados, o de la extracción de la energía adicional de los gases de escape a través de turbinas.El concepto de los materiales con oscilación de la temperatura durante el ciclo motor intenta aprovechar los beneficios del aislamiento durante los procesos de combustión y expansión, mitigando las perdidas por el incremento de la temperatura de las paredes durante la admisión y la compresión. La combinación de baja capacidad calorífica y baja conductividad térmica permitiría que la temperatura de la superficie de la cámara de combustión respondiera rápidamente a la temperatura del gas durante el proceso de combustión. Las temperaturas de la superficie son capaces de aumentar en respuesta al pico de flujo de calor, minimizando así la diferencia de temperatura entre el gas y la pared en la carrera de expansión cuando es posible la mayor conversión de energía térmica en trabajo mecánico. La combinación de baja capacidad calorífica y conductividad térmica es también esencial para permitir este aumento de temperatura durante la combustión y para permitir que la superficie se enfríe durante la expansión y el escape para no perjudicar así el rendimiento volumétrico del motor durante la carrera de admisión y minimizar el trabajo de compresión realizado en el siguiente ciclo.En esta tesis se han desarrollado modelos térmicos y termodinámicos para predecir los efectos de las propiedades de los materiales en las paredes y caracterizar los efectos de la transferencia de calor en diferentes partes del ciclo sobre el trabajo indicado, el rendimiento volumétrico, la energía en los gases de escape y las temperaturas del gas para un motor de combustión interna alternativo. También se ha evaluado el impacto del uso de estos materiales en el knock en motores de combustión de encendido provocado, ya que los estudios experimentales de esta tesis se realizaron en un motor de estas características.Durante la investigación se evaluaron materiales aislantes convencionales para comprender e...

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The Anatomy of Knock

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Knock onset, knock intensity, superknock and preignition in spark ignition engines

Knock onset, knock intensity, superknock and preignition in spark ignition engines

Knock and knock intensity models for boosted SI conditions with gasoline-ethanol blends

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