NUMERICAL STUDY OF THE PROCESS OF COMPRESSING A TURBULIZED TWOTEMPERATURE AIR CHARGE IN THE DIESEL ENGINE

Abstract

In the diesel engines fuel ignition occurs by compressing the air charge in the engine’s cylinder. During compression, there is an increase in the pressure and temperature of the charge. The reliable ignition and rapid fuel combustion, which is injected into the engine’s cylinder, temperature of the air charge must exceed 450‒500 °C [1, 2]. When starting an engine at low ambient temperatures, temperature of the air charge may not reach the specified limit, which leads to a failure in the engine start or to an increase in the emission of harmful substances. A de crease in the charge temperature is due to the following processes. When the air charge is compressed, it is cooled by the cold walls of the engine’s cylinder. There occurs an increase in the leakage of part of the air charge due to the lowered seal in the pair piston-barrel due to the insufficient thermal expansion of cold parts of the engine’s cylinder-piston group. In engines with a turbocharger, the starting rotations are accompanied by a decrease in the degree of compressor compression, which also reduces the temperature of the intake air. In these cases, auxiliary means are used to facilitate the start of internal combustion engines.  A. Kasimov, K. Korytchenko, D. Dubinin, A. Lisnyak, E. Slepuzhnikov, I. Khmyrov, 2018 NUMERICAL STUDY OF THE PROCESS OF COMPRESSING A TURBULIZED TWOTEMPERATURE AIR CHARGE IN THE DIESEL ENGINE A. Kasimov Department of General Military Disciplines Military Institute of Tank Forces National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Poltavskiy shlyakh str., 192, Kharkiv, Ukraine, 61098 Е-mail: kaf_zvd@ukr.net K. Korytchenko Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher Department of Electrical Engineering National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Kyrpychova str., 2, Kharkiv, Ukraine, 61002 E-mail: korytchenko_kv@ukr.net D. Dubinin PhD* Е-mail: dybinin@nuczu.edu.ua A. Lisnyak PhD, Associate Professor* E-mail: ptarr@nuczu.edu.ua E. Slepuzhnikov PhD Department of special chemistry and chemical technology** Е-mail: scct@nuczu.edu.ua I. Khmyrov PhD Department of prevention activities and monitoring** Е-mail: khmyrov @nuczu.edu.ua *Department of fire tactics and rescue operations** **National University of Civil Defence of Ukraine Chernyshevska str., 94, Kharkiv, Ukraine, 61023 Дослiджувалася проблема пiдвищення енергоефективностi систем полегшення пуску дизельних двигунiв за рахунок пiдiгрiвання повiтряного заряду. В основу пiдвищення енергоефективностi закладено пiдiгрiвання лише частини заряду. У результатi в цилiндрi двигуна утворюється повiтряний заряд, що складається з двох шарiв повiтря з рiзною температурою. Для обґрунтування нового методу полегшення холодного пуску багатолiтрового дизельного двигуна проведено чисельне дослiдження стиснення рiзнотемпературного повiтряного заряду в двигунi. Чисельно дослiджувалася змiна температурного поля заряду пiд час стиснення з урахуванням вихрових потокiв, що виникають при формуваннi заряду в цилiндрi двигуна на прикладi двигуна типу 6ТД. З аналiзу температурного поля заряду виявлено наявнiсть умов для надiйного самозаймання палива у зарядi пiд час його стиснення. Для формування двох шарiв повiтря, що мають рiзну температуру, за умов моделювання задавалося спочатку нагнiтання холодного повiтря в цилiндр двигуна при температурi 253 K. Далi здiйснювалось нагнiтання пiдiгрiтого повiтря при температурi 773 K. Об'ємна доля пiдiгрiтого повiтря в зарядi склала 10 %. За результатами моделювання виявлено, що при стисненнi зберiгається наявнiсть шарiв заряду з рiзними температурами. Пiдтверджено досягнення температури самозаймання палива в попередньо пiдiгрiтому шарi повiтря при температурi впускного повiтря – 20 °С. Отриманi результати можуть бути використанi для обґрунтування вимог до енергоефективних систем полегшення холодного пуску дизельних двигунiв Ключовi слова: холодний пуск, дизельний двигун, чисельне дослiдження, процес стиснення, полегшення пуску UDC 621.436 DOI: 10.15587/1729-4061.2018.150376 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies ISSN 1729-3774 6/5 ( 96 ) 2018 50 As regards powerful engines, there are commonly applied auxiliary means for a cold start, which enable the heating of an engine in general or the heating of air that enters the engine’s cylinder [3]. Warming up an engine in general is energetically costly and requires a lot of time [4]. Heating the intake air is more energy efficient compared to energy consumption when warming up an engine. However, this method for start facilitation has certain disadvantages. In particular, the application of torch air heaters leads to a significant reduction in the concentration of oxygen in the intake air, which causes a failure to start or a prolonged engine start. Electric air heaters require excessive high power, which leads to the additional load on a rechargeable battery with a corresponding decrease in the probability of starting the engine [5, 6]. In order to increase energy efficiency of the start, it was proposed to heat only a part of the intake air to create a two-temperature air charge in the engine’s cylinder [1]. Thus, it is a relevant task to improve energy efficiency of the systems that would facilitate the start of diesel engines based on heating a part of the air charge.