A Study of Combustion Technology for a High Compression Ratio Engine: The Influence of Combustion Chamber Wall Temperature on Knocking

Imaoka, Yoshihiro; Shouji, Kiyotaka; Inoue, Tsuyoshi; Noda, Tetsuji

doi:10.4271/2016-01-0703

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“…An example is shown in Figure 52. Imaoka et al [384], of Nissan, used laser-induced phosphorescence thermography to measure piston crown temperatures on a 2 L NA GDI engine and a single-cylinder equivalent. Despite using a piston bowl with a sharp edge, no hot spots were seen in this region.…”

Section: The 2010s: Aggressive Co 2 Targets Electrification and Downs...mentioning

confidence: 99%

Knock: A Century of Research

Corrigan¹,

Fontanesi²

2021

SAE Int. J. Engines

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Knock is one of the main limitations on increasing spark-ignition (SI) engine efficiency. This has been known for at least 100 years, and it is still the case today. Knock occurs when conditions ahead of the flame front in an SI engine result in one or more autoignition events in the end gas. The autoignition reaction rate is typically much higher than that of the flame-front propagation. This may lead to the creation of pressure waves in the combustion chamber and, hence, an undesirable noise that gives knock its name. The resulting increased mechanical and thermal loading on engine components may eventually lead to engine failure. Reducing the compression ratio lowers end-gas temperatures and pressures, reducing end-gas reactivity and, hence, mitigating knock. However, this has a detrimental effect on engine efficiency.Automotive companies must significantly reduce their fleet carbon dioxide (CO 2 ) values in the coming years to meet targets resulting from the 2015 Paris Agreement. One path towards meeting these is through partial or full electrification of the powertrain. However, the vast majority of automobiles in the near future will still feature a gasoline-fueled SI engine; hence, improvements in combustion engine efficiency remain fundamental.As knock has been a key limitation for so long, there is a huge amount of literature on the subject. A number of reviews on knock have already been published, including in recent years. These generally concentrate on current understanding and status. The present work, in contrast, aims to track the progress of research on knock from the 1920s right through to the present day. It is hoped that this can be a useful reference for new and existing researchers of the subject and give further weight to occasionally neglected historical activity, which can still provide important insights today.

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Section: The 2010s: Aggressive Co 2 Targets Electrification and Downs...mentioning

confidence: 99%

Knock: A Century of Research

Corrigan¹,

Fontanesi²

2021

SAE Int. J. Engines

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“…Increased intake air temperatures and coolant temperatures both have a detrimental effect on the combustion phasing at which knock occurs (Imaoka, Shouji, Inoue, & Noda, 2016) (Brussovansky, Heywood, & Keck, 1992). Despite this, some studies have shown no difference (Assanis & Mathur, 1990) or a performance benefit (Nakic, Assanis, & White, 1994) when using in-cylinder thermal insulation.…”

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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