Математическое моделирование изменения давления впрыскивания при переходе на смесевое топливо с учетом динамических эффектов, волновых процессов и сжимаемости топлива

В условиях энергетического перехода и декарбонизации штатные системы топливоподачи дизелей необходимо адаптировать к смесевым топливам на основе дизельного топлива и рапсового масла. Однако до сих пор отсутствует единая методика расчета давления впрыскивания для произвольного состава смеси, учитывающая реологические свойства, динамические и волновые процессы. Предложена модель расчета давления впрыскивания на основе синтеза термодинамики, гидродинамики истечения и волновой теории с использованием уравнений Барруса, Грюнберга — Ниссана и правила линейного смешивания. Для верификации предложенной модели проведено экспериментальное исследование форсунки ФД-22.455.1112010-50 на стенде М107-СR. По полученным результатам подтвержден рост давления начала впрыскивания на 1,1% (до 21,28 МПа) при содержании в смесевом топливе до 40% рапсового масла и ухудшение качества распыливания при превышении этого значения. Разработанная модель позволяет прогнозировать необходимую коррекцию параметров топливоподачи в соответствии требованиям ГОСТ 10579–2017, ограничивать долю рапсового масла либо целенаправленно корректировать давление впрыскивания. Результаты работы вносят вклад в решение задачи адаптации дизелей к возобновляемым топливам.
EDN: APCFCC, https://elibrary/apcfcc

Литература

[1] Жосан А.А., Рыжов Ю.Н., Курочкин А.А. Сравнение физико-химических свойств дизельного топлива и рапсового масла. Вестник ОрелГАУ, 2011, № 4, с. 72–73. EDN: PTUQTP

[2] Плотников С.А., Кантор П.Я., Козлов И.С. Исследование моторных свойств смесей дизельного топлива с рапсовым маслом. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018, № 2, с. 169–174, doi: https://doi.org/10.46960/1816-210X_2018_2_169

[3] Kanaveli I.-P., Atzemi M., Lois E. Predicting the viscosity of diesel/biodiesel blends. Fuel, 2017, vol. 199, pp. 248–263, doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.02.077

[4] Габитова А.Р., Габитов И.Р., Зарипов З.И. Исследование коэффициента динамической вязкости рапсового масла как основы биодизельного топлива в широкой области изменения параметров состояния. Вестник Технологического университета, 2015, т. 18, № 17, с. 252–254. EDN: UOSRFF

[5] Markov V., Sa B., Devyanin S., et al. Numerical analysis of injection and spray characteristics of diesel fuel and rapeseed oil in a diesel engine. Case Stud. Therm. Eng., 2022, vol. 35, art. 102129, doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102129

[6] Sekhar P.C., Gupta S.V.G. Performance testing of biodiesel blends with rapeseed oil focusing on combustion, performance, and emissions analysis. Results Eng., 2025, vol. 27, art. 106459, doi: https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106459

[7] Rayapureddy S.M., Matijošius J., Rimkus A. Comparison of research data of diesel–biodiesel–isopropanol and diesel–rapeseed oil–isopropanol fuel blends mixed at different proportions on a CI engine. Sustainability, 2021, vol. 13, no. 18, art. 10059, doi: https://doi.org/10.3390/su131810059

[8] Lešnik L., Palomar-Torres A., Torres-Jiménez E. et al. The effect of HDPE and LDPE pyrolytic oils on cavitation formation in a common-rail diesel injector. Fuel, 2022, vol. 330, art. 125581, doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.125581

[9] Payri F., Payri R., Salvador F.J. et al. A contribution to the understanding of cavitation effects in Diesel injector nozzles through a combined experimental and computational investigation. Comput. Fluids, 2012, vol. 58, pp. 88–101, doi: https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2012.01.005

[10] Desantes J.M., López J.J., Carreres M. et al. Characterization and prediction of the discharge coefficient of non-cavitating diesel injection nozzles. Fuel, 2016, vol. 184, pp. 371–381, doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.07.026

[11] Kiełczyński P., Ptasznik S., Szalewski M. et al. Thermophysical properties of rapeseed oil methyl esters (RME) at high pressures and various temperatures evaluated by ultrasonic methods. Biomass Bioenergy, 2017, vol. 107, pp. 113–121, doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.09.015

[12] Илюшин Д.Н., Курапин А.В., Салыкин Е.А. и др. Экспериментальное определение сжимаемости топлив для дизельных двигателей. Автомобиль. Дорога. Инфраструктура, 2025, № 2. URL: https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/1454

[13] Грехов Л.В., Арсенов Н.А., Салыкин Е.А. и др. Расчет и корректировка значений упругих свойств топливных смесей. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 5, с. 74–89, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2023-5-74-89

[14] Грехов Л.В., Марков В.А., Арсенов Н.А. и др. Определение констант уравнения состояния для расчета упругих свойств различных моторных топлив и технических жидкостей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 4, с. 108–137, doi: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-4-108-137

[15] Nikolić B.D., Kegl B., Marković S.D. et al. Determining the speed of sound, density and bulk modulus of rapeseed oil, biodiesel and diesel fuel. Therm. Sci., 2012, vol. 16, no. S2, pp. S505–S514, doi: https://doi.org/0354-9836/2012/0354-98361200187N

[16] Кондрашева Н.К., Еремеева А.М. Получение биодизельного топлива из растительного сырья. Записки Горного института, 2023, т. 260, с. 248–256, doi: https://doi.org/10.31897/PMI.2022.15