Принцип работы инжекторный двигатель: Инжекторный двигатель: устройство, принцип работы, конструкция

Содержание

Как работает инжектор? / Хабр

В заметке пойдет речь о работе «мозгов», управляющих двигателем вашего автомобиля или мотоцикла. Попытаюсь на пальцах и в общем объяснить что же и как происходит.

Чем занимаются те самые «мозги» и для чего они нужны? Электроника — альтернатива другим системам, выполняющим те же функции. Дозированием топлива занимался карбюратор, зажиганием управлял механический или вакуумный корректор угла опережения зажигания. В общем не электроникой единой возможно реализовать все это и достаточно продолжительное время именно так и было. На автомобилях, мотоциклах, бензопилах, бензогенераторах и во многих многих других местах работали и продолжают работать те самые системы, которые призван заменить инжектор.
Зачем же понадобилось что-то менять? Зачем сносить существующие проверенные и весьма надежные системы? Все просто — гонка за экономичностью, экологичностью и мощностью. Точность работы описанных выше систем недостаточна для обеспечения желаемого уровня экологичности и мощности, а сами по себе электронные системы управления двигателем начали появляться достаточно давно.

Я опущу принцип работы поршневых ДВС, многие знакомы с тем как работает двигатель, а те кто не знакомы — не слишком пострадают. В разрезе работы системы питания и системы зажигания двигатель это просто преобразователь воздушно-топливной смеси в механическую энергию. Можно рассматривать его как черный ящик, с некоторыми особенностями.

Итак, у нас есть топливо (бензин, этанол, пропан или метан), есть воздух и желание получить из этого механическую энергию. Сложность состоит в том, что для получения интересующих нас характеристик надо смешивать топливо и воздух в точно определенных пропорциях и поджигать их в достаточно точно определенный момент времени. Более того — при недостаточной точности мы получим ухудшение характеристик.

Вся суть работы «мозгов» сводится к дозированию топлива и поджигом смеси в цилиндрах двигателя. Это основные функции. Кроме них есть еще и дополнительные — управление турбиной, управление трансмиссией.

Подсистема, занимающаяся дозированием топлива называется

инжектор, поджигом топлива занимается зажигание. Воздух в двигатель поступает «естественным» порядком. Двигатель сам всасывает воздух, его количество только может ограничиваться, для снижения мощности двигателя. Нам не нужна максимальная мощность все время, бОльшую часть времени мощность как раз ограничивается. В случае с турбиной воздух попадает в двигатель принудительно, но это не меняет сути. Воздуха столько сколько есть и мы управляем его количеством при помощи педали.
Сколько топлива нам надо подать в двигатель и как его дозировать? Есть так называемое стехиометрическое отношение, показывающее, что для полного сжигания килограмма топлива нам нужно вполне определенное количество воздуха. Для бензина это соотношение равно 14,7:1. также его называют AFR (Air Fuel Rate по английски) Это не аксиома, это некий оптимум. Смесь может быть «беднее», в ней может быть меньше топлива. Такая смесь хуже горит, двигатель сильнее греется, но сгорает все полностью. Это значения в большую сторону — AFR 15 и более. Может быть и «богаче», когда топлива больше — AFR 14 или меньше. При таком соотношении смесь сгорает не полностью, но мощность двигателя максимальна. И в ту и в другую сторону есть ограничения — если слишком увлечься, работать двигатель не будет. Нельзя просто налить 20 частей топлива и ожидать пропорционального прироста мощности.

Итак, чтобы определить сколько же топлива нам надо подать в двигатель нам надо знать сколько воздуха в него поступает. Дальше все просто — из количества воздуха по соотношению определяем количество бензина и дело сделано!
Погодите ка, а как же нам определить сколько воздуха поступает в двигатель? Для этого есть несколько путей. Обычно используют один из следующих датчиков:

ДМРВ или MAFдатчик

массового расхода воздуха. Датчик этот измеряет количество проходящего через него воздуха. Как подсказывает википедия — «Датчик состоит из двух платиновых нитей, нагреваемых электрическим током. Через одну нить, охлаждая её, проходит воздух, вторая является контрольной. По изменению тока проходящего через охлаждаемую воздушным потоком платиновую нить вычисляется количество воздуха, поступающего в двигатель.». Датчики такого типа зачастую устанавливаются в гражданские автомобили. В общем то все достаточно просто. Похоже, это именно то, что нужно! Примерно так и есть.

Другой тип датчиков

ДАД или MAPдатчик абсолютного давления. Этот датчик подключен к впускному коллектору и измеряет разрежение (или же избыточное давление, в случае с наддувом) в коллекторе. На основании показаний этого датчика и датчиков температуры, частоты вращения коленвала тоже можно вычислить объем поступающего воздуха, что нам и требуется. Для корректировки его показаний надо еще знать давление окружающего воздуха. Для измерения атмосферного давления либо ставят еще один такой же датчик, который непрерывно его измеряет, либо просто до запуска двигателя измеряют давление. Во втором случае может выйти неприятность, если вы с берега моря рванули прямиком на Эверест.

MAP часто ставят на спортивные автомобили.

Устанавливается один из этих датчиков, наличие одного из них — обязательно.
Ну что же, сколько воздуха поступает в двигатель мы примерно можем вычислить.
Другой обязательный датчик —
ДПКВ или датчик положения коленвала. Этот датчик позволяет мозгам точно знать, в каком положении находится коленвал. Зачем нам это нужно? Мало знать сколько топлива надо подать в двигатель, надо подавать его в определенный момент времени. Да и зажигать смесь в цилиндрах тоже надо строго вовремя. Так что без этого датчика — никак. Есть несколько типов таких датчиков, но большинство из них — либо индукционные, либо датчики Холла, либо подобные им. В общем — бесконтактные датчики, подобные тем, которые трудятся, например, в двигателе вашего винчестера. Или в кулерах.

Следующий датчик, который вместе с ДПКВ дает еще больше информации о том, что же происходит в двигателе в данный конкретный момент — ДПРВдатчик положения распредвала. Также его называют датчиком фаз. При помощи этого датчика можно понять в каком из цилиндров в данный момент такт впуска, куда же нам надо подавать топливо, в каком цилиндре у нас такт сжатия и время поджигать смесь. По принципу работы он подобен ДПКВ, но зачастую несколько проще. В общем то тоже самое, но на распредвале.

Этого набора датчиков нам должно хватить для запуска двигателя. Худо бедно, но этого достаточно, чтобы примерно понять сколько надо подавать топлива, когда это делать и когда поджигать полученный коктейль.

Так давайте же тогда подавать и поджигать! (не путать с разжигать и науськивать)

Исполнительные механизмы

Топливо дозируется форсунками или другими словами «инжекторами». Да да, именно по названию этого узла все это безобразие нами так и называется. Форсунка из себя ничего особо интересного не представляет. Просто электромеханический клапан. Два провода и трубопровод с топливом под давлением. Подали напряжение на выводы — форсунка открылась, прекратили пропускание тока — форсунка закрылась. Для простоты давайте сначала примем, что форсунка открывается и закрывается моментально. Тогда для оценки объема проходящего через нее топлива нам достаточно знать ее статическую производительность. Это просто объем топлива, который пройдет через форсунку за минуту. Открыли форсунку, измерили объем бензина, который через нее за минуту вытек — получили основной параметр. Теперь нам для точного дозирования надо просто открывать и закрывать форсунку на определенное время. Получается что дозирование производится «выдержкой», если говорить терминами фотографов. Чем длиннее время на которое мы открываем форсунку, тем больше топлива мы нальем в двигатель.

А поджиг смеси осуществляет все та же бессменная свеча зажигания, которая верой и правдой служила для этой цели. И катушка зажигания тоже на месте. Вот только управляется она уже «мозгами». Зажигание не изменилось, но для его работы важен ДПКВ и ДПРВ, так что без этих датчиков дела не будет.

В общем то это, можно считать, и есть в общих чертах как работает инжектор. Смотрим на показания датчиков, отмеряем нужное количество топлива и открываем форсунку на вычисленное время. И так каждый такт. Т.е. в зависимости от частоты — 100 раз в секунду на частоте в 6000об/мин коленвала. Часто? Да не так чтобы и очень.

Идем дальше?

В реальных двигателях все несколько сложнее. Точно вычислить сколько же воздуха попадает в двигатель не так просто. Для корректировки значений нужны датчики температуры охлаждающей жидкости — просто термодатчик, аналогичный тому, что показывает температуру на приборной панели. И датчик температуры поступающего воздуха. В целом незначительно отличающийся от первого, а функционально и вовсе его брат близнец — тоже просто измеряет температуру, но уже не двигателя, а воздуха, поступающего в двигатель. Зачем нам что-то корректировать? Дело в том, что пока двигатель холодный, пока он не нагреется до определенной температуры — топливо испаряется не так хорошо, а горят именно пары. Соответственно нам нужно топлива подавать больше, чтобы двигатель работал. Значит берем наше значение для оптимального соотношения, измеряем двигателю температуру и корректируем это наше значение. Также нужно откорректировать момент зажигания смеси в цилиндрах — по тем же причинам. И тут тоже корректируем.

Другой не совсем приятный момент — форсунка, которую мы приняли идеальной — на самом деле таковой не является. Во первых нужно время, чтобы она открылась, а потом закрылась. Соответственно в этом время она тоже подает топливо, но в меньшем количестве. На это тоже делается поправка. Само время открытия и закрытия зависит от напряжения бортовой сети. Одно дело когда генератор шпарит на всю и в сети 14В, а другое дело, когда генератор умер, а аккумулятор разряжен до неприличных 10В. Время открытия форсунки меняется и его надо корректировать. Мало умершего генератора, ехать то надо и двигатель не должен перестать работать в таких условиях.

Мало нам было исполнительных механизмов, для работы на холостом ходу, когда педаль мы совсем не трогаем — двигатель не должен глохнуть, его работу надо поддерживать. Для этого есть специальное исполнительное устройство — РХХрегулятор холостого хода. Это такой шаговый двигатель (реже просто электромагнит), который через специальный канал дает двигателю «вздохнуть» мимо перекрывающей воздух дроссельной заслонки. Умный мозг не дает двигателю зачахнуть и приоткрывает этот клапан, когда обороты снижаются. Но и разойтись не дает — прикрывает его, когда обороты возрастают уж слишком сильно.

Хорошо бы нам также знать на сколько сильно водитель давит на педаль акселератора. Для этих целей смотрят не на положение педали, а на положение заслонки, которой эта педаль управляет. Датчик так и называется — ДПДЗдатчик положения дроссельной

заслонки. Технически это просто потенциометр, который измеряет на какой угол повернута ось дроссельной заслонки. Это зачем это нам надо знать, как сильно водитель давит в пол, спросите вы? Все просто, нам надо знать когда включать режим холостого хода (помним про РХХ), когда водитель жаждет острых ощущений и энергично давит на педаль — не время экономить, льем от души!

Экологические нормы достаточно строго контролируют что же «выдыхает» (пускай уж выдыхает) наш двигатель. Так что при всем желании лить «на глазок» — нельзя. нужно контролировать состав выхлопных газов. Как это сделать? Для этой цели есть так называемый лямбда зонд или датчик кислорода — датчик, показывающий сгорела ли смесь целиком, есть ли в выхлопных газах топливо либо же свободный кислород. По показаниям этого датчика инжектор может корректировать свое поведение, либо увеличивая либо уменьшая количество подаваемого топлива. Нужно это достаточно часто — бензин везде разный и даже просто хранясь в канистре или баке — стареет. А уж о заправках наших можно легенды слагать. Соответственно и режимы его горения совсем не постоянны. Ко всему прочему и производительность форсунок может «плавать». Ведь как вы поняли — расчет ведется исходя из их постоянной производительности, а форсунка со временем может забиться, производительность ее может снизиться.

А нормы строгие, а бензин дорогой, да и ехать же надо. Внимательный читатель заметил, что одного этого датчика достаточно для обеспечения обратной связи. Смотрим на состав выхлопных газов, если сгорело не все — льем меньше. Если сгорело дочиста — льем больше.
Лямбда зонды бывают двух видов — узкополосные и широкополосные. Отличаются они точностью. Первые только показывают богатая или бедная у нас смесь, вторые показывают на сколько она богатая или бедная. Даже точно указывают тот самый AFR упоминаемый в начале статьи. Ну и цена, конечно. Первые стоят 25$, вторые — 200$. С лямбдами тоже не все просто — они достаточно капризны, требуют определенной температуры для работы, а это не всегда возможно, в некоторых типах зондов рабочий элемент специально подогревают от бортовой сети. Да, лямбда может быть не одна, но это уже тонкости.

Еще один сенсор, применяемый для анализа происходящего в двигателе — датчик детонации. Детонация это процесс сгорания топлива, который протекает взрывообразно. В нормальном режиме топливо просто сгорает, при детонации топливо взрывается. Это вредно для двигателя — все равно что бить по поршню молотком. Никто не любит когда по нему бьют молотком — поршень не исключение. Явление это крайне нежелательное и для определения того, что смесь детонирует и применяют такой датчик. Он по принципу работы похож на микрофон, который «слушает» двигатель (датчик закреплен на блоке цилиндров) и по услышанному пытается отфильтровать шум работы двигателя и понять где же детонация, а где нормальная работа. Все не просто и здесь. Для облегчения работы этого датчика ставят еще датчик неровной дороги, который покажет, что это наши дороги так шумят, а не двигатель. Востребованность этого датчика возрастает на турбированых двигателях.

В итоге сами по себе мозги работают примерно следующим образом:
Есть так называемая топливная карта — таблица, в которой записано какого состава должна быть смесь. У таблицы три измерения — частота вращения коленвала двигателя, нагрузка на двигатель и собственно AFR. Просто берем из таблицы значение, положенное туда опытным товарищем.
Корректируем это значение в соответствии с показаниями датчиков температур, лямбда зонда, датчика детонации, изменением положения дроссельной заслонки и в соответствии со всеми этими поправками (часть из них тоже в табличках) вычисляем необходимое количество топлива. Пересчитываем объем топлива во время открытия форсунки в соответствии с ее производительностью, корректируем время в соответствии с напряжением бортовой сети и в момент впуска — открываем форсунку на вычисленное время.

Как видите — ничего сложного и заумного здесь нет. Просто таблицы, может быть местами ПИД регулятор, коэффициенты влияния тех или иных факторов и в итоге просто время открытия форсунки.
С зажиганием тоже самое, только там карта углов, аналогичная топливной карте (тоже таблица) и тоже корректировки в соответствии с показаниями датчиков.

В штатном режиме все работает, но что делать, если один из датчиков вышел из строя? И как это понять? Если датчик температуры, например, показывает что двигатель нагрет до 200 градусов, или что смесь детонирует несмотря на все корректировки? В этом и заключается продуманность мозгов. Вычислить, что датчик врет, не принимать во внимание его показания, зажечь «check engine» на панели и продолжить работу. Благодаря такому поведению двигатель сохранит работоспособность при выходе из строя некоторых датчиков (не всех, как вы понимаете) и позволит доехать до СТО.

Да, многие из вас заметят, что инжектор по сути достаточно простое устройство. И схематически там нет ничего военного — входящие значения считываются по АЦП, выходящие так и вовсе чисто бинарные. Ну выходные транзисторы, ну достаточно жесткие условия работы. Но это не космос далеко.
Касательно работы прошивки — тоже вроде как все не так и сложно. На мой взгляд проще всяких алгоритмов распознавания изображений и всякое такое. В процессе настройки саму прошивку никто не трогает обычно. В том смысле, что открывать исходники, корректировать алгоритмы, оптимизировать что-то — такого нет. Просто софт который позволяет изменять те самые топливные карты и другие коэффициенты. А прошивками занимаются уже инженеры на заводах. Или простые смертные, которым это интересно.
Да да, не каждый готов платить за «мозги» космические деньги, а кому-то может быть просто хочется больше контроля над происходящим. Все это привело к тому, что есть несколько проектов вполне доступных «мозгов». Есть megasquirt — www.megamanual.com/index.html, для этой аппаратной базы в последствии была написана и поддерживается кастомная прошивка с расширенным функционалом — msextra.com/doc/index.html На последнем сайте есть даже схемы этих «мозгов», может быть кому-то из электронщиков будет интересно. А программистам может быть интересно глянуть на код. Если не ошибаюсь, то он есть здесь. msextra.com/doc/ms2extra/files/release/ms2extra_3.2.1_release.zip
Есть еще VEMS — www.vems.hu/wiki который сначала назывался megasquirtAVR, но теперь сам по себе. Видел еще вот таких ребят — forum.diyefi.org там у них какой-то свой проект FreeEMS. На мой взгляд все это показывает, что все не так уж сложно и местами даже очень даже доступно.

Надеюсь получилось достаточно интересно и в меру понятно. Об опечатках прошу писать в личку. Если где ошибся — поправьте.

Принцип работы инжекторного двигателя автомобиля, сравнение с карбюраторным

Принцип работы инжекторного двигателя автомобиля, сравнение с карбюраторным

У этого поста — 1 комментарий.

Содержание статьи:

Современный ритм движения и растущие потребности в комфортном управление автомобилем на передовой рубеж вывели инжекторный (впрысковый) тип двигателя. Он практически вытеснил устаревшую систему карбюраторов. Инжекторный двигатель кардинальным образом улучшил не просто эксплуатационные качества автомобиля, но и изменил показатели мощности (расход топлива, динамику в отношении разгона, экологические характеристики).

Инжекторный двигатель – это двигатель, имеющий инжекторную подачу топлива. Система подобного типа полностью заменила карбюраторную систему и предназначена для всех современных двигателей, использующих бензин.

Инжекторный двигатель – принципы работы.

В сравнении с карбюраторным двигателем, было выявлено, что двигатель с инжектором способен продолжительное время поддерживать высочайшие экологические стандарты, причем без дополнительных ручных регулировок. Это стало возможно лишь из-за самонастройки кислородного датчика по поступающим к нему данным.

И все же, постараемся четко себе представить, как работает инжекторный двигатель. В двигатель инжекторного типа подача топливо в воздушный поток осуществляется с помощью специальных форсунок. Они могут располагаться на выпускном коллекторе, и в этом случае речь идет о системе «Моновпрыск». Если форсунки расположены либо непосредственно во впускном коллекторе каждого цилиндра либо неподалеку от него, принято вести речь о системе «распределенного впрыска». Синонимом этого названия стало «многоточечный коллекторный впрыск». Третий вариант, когда форсунки находятся в головке цилиндров. При подобном расположении впрыск происходит напрямую в камеру сгорания, соответственно система называется « прямой впрыск».

Подача топлива к форсункам в обязательном порядке осуществляется только под давлением. Бортовой компьютер автомобиля в определенный момент времени подает импульс тока, который служит сигналом для открытия форсунок. Объем впрыснутого тока определяет длительность импульса. В свою очередь параметры для длительности подачи тока берутся из данных, поступающих с датчиков, которые и отвечают за контроль над параметрами двигателя. К основным параметрам можно отнести температуру и обороты двигателя, информация о разрежении в задроссельном пространстве и об угле под которым открыта дроссельная заслонка. Не стоит забывать и о контроле над расходом воздуха.

Вот что получает автомобиль, если на нем установлен инжекторный двигатель (сравнение ведется с карбюратором).

1. Осуществляется точная дозировка топлива. Как следствие, расход топлива более экономный, что в свою очередь приводит к снижению токсичности у выхлопных газов.

2. Мощность двигателя возрастает в среднем на 7-10%. Это происходит из-за улучшения наполнения цилиндров. К тому же устанавливается оптимальный угол опережения зажигания, что полностью соответствует рабочему движению двигателя.

3. Динамические свойства автомобиля значительно улучшаются. Вкратце это выглядит так. Система впрыска практически моментально реагирует на малейшие изменения в нагрузке и корректирует параметры топливно–воздушной массы.

4. Автомобиль с легкостью заводится при любых погодных условиях.

Другие похожие статьи:

Принцип работы инжектора, фото, видео, типы инжектора

Принцип работы инжектора в последнее время интересует многих автолюбителей. И это не удивительно, ведь в последние годы инжекторные автомобили существенно потеснили карбюраторные, а в ближайшем будущем вообще полностью их заменят.

Хотя многие автомобилисты со стажем со скептицизмом относятся к системам принудительного впрыска топлива, обосновывая свою позицию сложностью конструкции, дороговизной в обслуживании и ремонте.

Но для этих людей все же можно найти оправдание, ведь когда все время ездишь на карбюраторном отечественном автомобиле, то про карбюратор знаешь по сути все.

Поэтому ремонт и обслуживание топливной системы у таких людей не вызывает проблем, а вот что делать с инжекторной топливной системой многие еще не знают.

Хотя если захотеть понять принцип работы инжектора, то все на много проще, чем кажется. Как говорится, было бы желание.

Однако желания мало, чтобы понять принцип работы инжектора, необходима соответствующая информация, которая помогла бы быстро разобраться в этом вопросе.

Система TCCS

Возьмем, к примеру, систему принудительного впрыска топлива от фирмы Toyota. Называется она TCCS — Toyota Computer Control System. Данная система является одной из передовой и самой надежной на данное время и поэтому заслуживает особого к себе внимания. Однако она дорогая и сложная в обслуживании.

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора

Принцип же работы инжектора других топливных систем аналогичный и основывается он на следующих процессах.

Воздух под давлением поступает в двигатель. Но предварительно поток воздуха анализируется специальным датчиком, который вычисляет объем воздуха в данный момент времени.

Эти данные передаются на компьютер, который анализирует не только данные с датчика расхода воздуха, но и другие данные по работе двигателя, такие как частота вращения коленвала двигателя, температура двигателя и воздуха и т.д.

Принцип работы инжектора

После того как вся полученная информация обработана, компьютер определяет количество топливо, которое является оптимальным для данного объема воздуха и при этом было получено максимальное КПД (коэффициент полезного действия) от двигателя.

После обработки всей информации на форсунки подается электрически разряд определенной продолжительности. Форсунки открываются на необходимый период времени и впрыскивают заданную дозу топлива во впускной коллектор.

Принцип работы инжекторного ДВС с прямым впрыском.

Вот и весь основной принцип работы инжектора. Конечно же все это происходит очень быстро буквально за долю секунды.

Сложная составляющая

Основой и самой сложной составляющей, казалось бы, не сложного процесса, является специальная программа, которая прописана в компьютере.

Сложность ее заключается в том, что в ней должны быть учитаны и прописаны все внутренние и внешние условия работы двигателя и его систем. А это не так просто и сделать.

В остальном же, если рассматривать механическую сторону всей этой системы, то принцип работы инжектора не так уж и сложен. Про что уже и говорилось выше.

Устройство системы принудительного впрыска топлива

Из чего же состоит система принудительного впрыска топлива.

Как мы уже говорили, это:

  1. Специальная программа, прописанная для каждой марки автомобиля;
  2. Клапан холостых оборотов;
  3. Топливный перепускной клапан;
  4. Форсунки;
  5. Различные датчики (в том числе и датчик кислорода, он же лямда-зонд).

Типы инжекторов

Так же хотелось бы отметить тот факт, что системы принудительного впрыска топлива встречаются двух типов.

Первый тип.

Первый предназначен для стран Европы, Японии, США, в общем, для развитых стран, где существуют строгие экологические нормы на выброс токсических веществ в атмосферу, и называется он тип инжектора с обратной связью. В таких системах уже предусмотрены и лямбда-зонд и каталитический нейтрализатор.

Второй тип.

Другой тип не имеет обратной связи, и такое оборудование в нем не предусмотрено. Соответственно такие автомобили дешевле. И выпускаются такие автомобили для стран, где не очень жесткие экологические нормы и законы.

Вкратце, не углубляясь в сложные технологические процессы, мы рассмотрели принцип работы инжектора автомобиля.

Конечно, он в некоторой мере сложнее, чем у карбюратора, но сложность эта оправдана более экономичным расходом топлива, и более высоким КПД работы двигателя в разных режимах работы. Да и время диктует свое.

Когда-то, и инжектор будет заменен более совершенной, но в тоже время еще сложной системой. Новые технологии, от этого не куда не денешься.

7 мифов о чистке инжектора.

Система питания инжекторного двигателя: характеристика, устройство

Система питания инжекторного двигателя современного автомобиля — это сложнейший «организм», состоящий из датчиков, исполнительных устройств и самого главного — блока управления. Не зря в народе его называют «мозги». Именно блок управления контролирует работу всей системы впрыска топлива.

С его помощью происходит нормальное функционирование двигателя, регулировка угла опережения зажигания, момента впрыска топливовоздушной смеси и многих других параметров.

Инжекторный двигатель

Описание

За многолетнюю историю автомобилестроения появилось несколько типов впрыска топлива. И конструкции инжекторной системы бензинового двигателя различаются, причём существенно. Дизель достаточно схож в системе впрыска с инжектором.

Но есть огромные отличия в конструкции отдельных механизмов — степень сжатия в дизельном моторе во много раз выше. В целом же первые конструкции инжекторных систем очень сильно были похожи на дизельные.

Центральный впрыск топлива

Моновпрыск — это самый простой механизм. Второе название — центральный впрыск. И он же был первым в истории. Массовое применение получил в США в начале 2 половины ХХ века. Как работает центральный впрыск? Простота — это именно то, что понравилось не только автовладельцам, но и производителям. Конструкция очень схожа с карбюратором, только вместо него применяется форсунка.

Она устанавливается на впускном коллекторе — одна на все цилиндры двигателя, независимо от их общего количества. Топливо поступает в коллектор постоянно, как и воздух. В результате происходит образование топливовоздушной смеси, которая распределяется по цилиндрам.

Инжекторный двигатель

Плюсы и минусы

Преимущества, которыми обладает центральная система впрыска:

  • простота и дешевизна конструкции;
  • для смены режимов работы достаточно провести регулировку одной форсунки;
  • при смене карбюратора на инжектор (моновпрыск) существенных изменений в систему питания не производится.

К недостаткам относится то, что не выходит достигнуть высоких показаний экологичности. Поэтому на сегодняшний день автомобили с моновпрыском нельзя встретить в продаже и эксплуатации в развитых странах Америки, Европы и Азии. Разве что в странах третьего мира они будут беспрепятственно колесить по дорогам.

И самое большое неудобство — это то, что при выходе из строя форсунки двигатель останавливается и запустить его невозможно.

Распределённый впрыск топливной смеси

В таких системах количество форсунок равно числу цилиндров. Все форсунки находятся на впускном коллекторе, топливовоздушная смесь подаётся при помощи общей для всех топливной рампы. В ней происходит смешивание бензина и воздуха. Режимы работы форсунок:

  1. Фазированный впрыск — самые современные системы работают именно с его использованием. Количество форсунок и цилиндров одинаковое, открытие и закрытие электроклапанов происходит в зависимости от того, какой такт проходит двигатель. Наилучшим режимом работы мотора считается такой, при котором открытие форсунки происходит непосредственно перед началом такта впуска. И двигатель работает устойчиво, и достигается высокая экономия бензина. Преимущества такой топливной системы очевидны.
  2. Одновременный впрыск топливовоздушной смеси — открытие форсунок не зависит от такта. Они все открываются одновременно, несмотря на то, что находятся на впускных коллекторах «своих» цилиндров. Это несколько модернизированный моновпрыск, несмотря на то, что форсунок несколько, управление ими происходит так, будто установлена всего одна. В общем, такие конструкции надёжны и работа их стабильна, но по характеристикам уступают более современным конструкциям.
  3. Попарно-параллельный впрыск топливной смеси немного отличается от предыдущего. Главное отличие — открываются не все форсунки разом, а парами. Одна пара открывается перед впуском, вторая — перед выпуском. Именно так обычно работает впрыск. Из употребления такие системы вышли давно, но, например, если выходит из строя датчик фаз, современные инжекторы переходят в аварийный режим (попарно-параллельный впрыск происходит вместо фазированного, так как без параметров этого датчика работа невозможна).
  4. Системы непосредственного впрыска топлива имеют высокую стоимость, но и надёжность у них завидная. Экономичность и мощность двигателя на высоком уровне, регулировка подачи топливовоздушной смеси максимально точная. Мотор может быстро изменить режим работы. Электромагнитные форсунки устанавливаются в ГБЦ, смесь распыляется непосредственно в камеру сгорания цилиндра (отсюда и название системы).

Инжекторный двигатель

В конструкции отсутствует впускной коллектор и клапан. Реализация конструкции довольно сложная, так как в ГБЦ на каждый цилиндр есть отверстия под свечи, клапаны (2 или 4, в зависимости от типа мотора). Элементарно не хватает места для установки форсунки.

Изначально такие системы впрыска устанавливались на габаритные и мощные двигатели, на бюджетных их не встретить. И ремонт таких систем выливается в круглую сумму.

Система датчиков инжекторных двигателей

Без этих компонентов работа системы впрыска топлива невозможна. Именно датчики сообщают блоку управления всю информацию, которая необходима для работы исполнительных устройств в нормальном режиме. Неисправности системы питания инжекторного двигателя по большей части вызывают именно датчики, так как они могут неверно производить замеры.

  1. Датчик расхода воздуха устанавливается после воздушного фильтра, так как в конструкции имеется дорогостоящая платиновая нить, которая при попадании мелких посторонних частиц может засоряться, отчего показания окажутся неверными. Датчик считает, какое количество воздуха проходит через него. Понятно, что взвесить воздух не представляется возможным, да и объем его измерить проблематично. Суть работы заключается в том, что внутри пластиковой трубки находится платиновая нить. Она нагревается до рабочей температуры (более 600º, именно это значение закладывается в ЭБУ). Поток воздуха охлаждает нить, блок управления фиксирует температуру и, исходя из этого, вычисляет количество воздуха.
  2. Датчик абсолютного давления необходим для более точного снятия показаний о количестве потребляемого двигателем воздуха. Состоит из 2 камер, одна из которых герметична и внутри у неё вакуум. Вторая камера соединена с впускным коллектором. В последнем при впуске разрежение. Между камерами устанавливается диафрагма с пьезоэлементом, который вырабатывает небольшое напряжение во время изменения давления. Это значение напряжения поступает на вход блока управления.
  3. Датчик положения коленвала располагается рядом со шкивом генератора. Если присмотреться, то можно увидеть, что на шкиве есть зубья, причём они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Суммарное число зубьев — 60, оси соседних расположены на расстоянии 6º. Но если присмотреться ещё внимательнее, то можно увидеть, что 2-х не хватает. Этот промежуток необходим, чтобы датчик фиксировал положение коленвала максимально точно. Датчик вырабатывает напряжение, которое тем больше, чем выше частота вращения.
  4. Датчик фаз (распредвала) работает на эффекте Холла. В конструкции есть диск с вырезанным сегментом и катушка. При вращении диска вырабатывается напряжение. Но в момент, когда прорезь находится над чувствительным элементом, напряжение снижается до 0. В этот момент первый цилиндр находится в ВМТ на такте сжатия. Благодаря датчику фаз точно подаётся искра на свечу и открывается своевременно форсунка.
  5. Датчик детонации расположен на блоке ДВС между 2 и 3 цилиндрами (чётко посередине). Работает на пьезоэффекте — при наличии вибрации происходит генерирование напряжения. Чем сильнее вибрация, тем выше уровень сигнала. Блок управления при помощи датчика изменяет угол опережения зажигания.
  6. Датчик дроссельной заслонки представляет собой переменный резистор, на который подаётся напряжение 5 В. В зависимости от того, в каком положении находится заслонка, напряжение уменьшается. Иногда случаются поломки — в начальном положении показания датчика прыгают. Стирается резистивный слой, ремонт невозможен, эффективнее установить новый.
  7. Датчик температуры ОЖ, от него зависит качество воспламенения топливовоздушной смеси. С его помощью не только происходит коррекция угла опережения зажигания, но и включение электровентилятора.
  8. Лямбда-зонд расположен в системе выпуска отработанных газов. В современных системах, которые удовлетворяют последним экологическим стандартам, можно встретить 2 датчика кислорода. Лямбда-зонд отслеживает количество кислорода в выхлопных газах. У него есть внешняя часть и внутренняя. За счёт напыления из драгметалла можно оценить количество кислорода в выхлопных газах. Внешняя часть датчика «дышит» чистым воздухом. Показания передаются на блок управления и сравниваются. Эффективные замеры возможны только при достижении высоких температур (свыше 400º), поэтому часто устанавливают подогреватель, чтобы даже в момент начала работы двигателя не наблюдалось перебоев.

Инжекторный двигатель

Исполнительные механизмы инжекторных систем

По названию видно, что эти устройства выполняют то, что им скажет блок управления. Все сигналы от датчиков анализируются, сравниваются с топливной картой (огромной схемой работы при тех или иных условиях), после чего подаётся команда на исполнительный механизм. Следующие исполнительные механизмы входят в состав инжекторной системы:

  1. Электрический бензонасос, установленный в баке. Он нагнетает в рампу бензин под давлением около 3,5 Мпа. Вот какое давление в топливной системе должно быть, при нем распыление смеси окажется наиболее качественным. При повышении оборотов коленвала увеличивается расход бензина, нужно его больше нагнетать в рампу, чтобы удерживать давление на уровне. В нижней части насосов устанавливается фильтр, который нужно менять хотя бы раз в 30000 км пробега.
  2. Электромагнитные форсунки устанавливаются в рампе и предназначены для подачи топливовоздушной смеси в камеры сгорания. Чем дольше открыт клапан форсунки, тем больше смеси поступит в камеру сгорания — именно такой принцип дозирования лежит в основе.
  3. Дроссельный механизм приводится в движение педалью из салона. Но в последние годы набирает популярность электронная педаль газа. Это означает, что вместо тросика используется потенциометр на педали и небольшой электродвигатель на дроссельной заслонке.
  4. Регулятор холостого хода предназначен для контроля количества воздуха, поступающего в топливную рампу при полностью закрытой дроссельной заслонке. На карбюраторных моторах аналогичную функцию выполняет «подсос». Несмотря на то, что топливная система отличается, суть работы остаётся той же — подача смеси и её сгорание.
  5. Модуль зажигания — короб, в котором находится 4 высоковольтные катушки. Хорошая конструкция, но крайне ненадёжная — высоковольтные провода имеют свойство портиться. Намного эффективнее окажется использование для каждой свечи отдельной катушки, выполненной в виде наконечника.

Инжекторный двигатель

Работа двигателя с инжекторной системой впрыска

А теперь можно рассмотреть и принцип работы системы питания инжекторного двигателя. При включении зажигания происходит переход в рабочий режим всех механизмов и устройств. Первым делом насос нагнетает бензин в рампу до минимального давления, которого хватит для запуска.

А дальше все ждут, когда провернётся коленвал, и с его датчика пойдёт сигнал на блок управления о положении поршней в цилиндрах. Одновременно с этим датчик фаз выдаёт сигнал о том, какой такт совершается. После анализа данных блок управления даёт команду на форсунки (в зависимости от того, в каком цилиндре происходит впуск).

При вращении коленвала постоянно снимаются данные с датчиков и, исходя из них, происходит открывание нужных электромагнитных форсунок на определённый промежуток времени. Смесь воспламеняется, отработанные газы выходят через выпускной коллектор. По тому, какое содержание кислорода в них, можно судить о качестве сгорания топлива.

Если содержание кислорода большое, то смесь сгорает не до конца. Блок управления производит корректировку угла опережения зажигания, чтобы добиться наилучших показаний.

Но вот во время прогрева некоторые датчики не влияют на работу системы управления. Это датчики расхода воздуха, детонации и абсолютного давления. При достижении рабочей температуры включаются они в работу. Причина — во время прогрева невозможно соблюсти все условия, в частности, соотношение бензина и воздуха. Уровень СО в выхлопных газах тоже будет зашкаливать, поэтому контроль всех этих параметров не следует производить.

Как работают двигатели прямого впрыска

Какой двигатель продвинет ваш следующий автомобиль или грузовик? Если вы возились с идеей купить дизель для экономии топлива (попробуйте почти 50 миль на галлон для Volkswagen Jetta TDI), ну, возможно, вам пока не придется отказываться от надежного и знакомого бензинового двигателя.

Это потому, что одна из технологий, которая делает дизели настолько скупыми на топливо, также применяется к бензиновым двигателям. Это называется прямым впрыском, и это относится к тому, как топливо попадает в помещение с контролируемым взрывом двигателя, более известное как камера сгорания.

В бензиновом двигателе садового сорта с впрыском топлива бензин идет более окольным путем, чем при прямом впрыске. Этот косвенный подход приводит к всевозможной неэффективности при сжигании топлива и может привести к потере большого количества полезной энергии — и вы не получите максимум за деньги, потраченные на насос.

Однако в двигателе с непосредственным впрыском топливо пропускает период ожидания, которое оно должно было бы прожить в стандартном двигателе, и вместо этого направляется прямо в камеру сгорания.Это позволяет топливу гореть более равномерно и тщательно. Для водителя это может привести к увеличению пробега и большей мощности колес.

В прошлом прямой впрыск создавал слишком много технических препятствий, чтобы сделать его полезным для массового рынка бензиновых автомобилей. Но с прогрессом в технологиях и повышенным давлением, чтобы сделать автомобили более чистыми и эффективными, создается впечатление, что прямой впрыск бензина — или GDI, как это упоминается в отраслевом жаргоне — останется здесь.Фактически, большинство крупных автопроизводителей планируют или планируют в скором времени внедрить бензиновые автомобили, которые используют преимущества этой системы экономии топлива и повышения производительности.

Узнайте больше о гайках и болтах — а также поршнях и клапанах — прямого впрыска.

,Эффективность двигателя прямого впрыска

| HowStuffWorks

Двигатели с прямым впрыском

буквально дают вам больше прибыли по двум основным причинам. Во-первых, они используют «более скудное» соотношение топливовоздушной смеси. Во-вторых, способ, которым топливо рассеивается внутри камеры, позволяет ему гореть более эффективно. Давайте кратко рассмотрим каждый.

Соотношение воздуха и топлива при его сгорании в двигателе будет иметь определенные предсказуемые последствия для производительности двигателя, выбросов загрязняющих веществ и эффективности использования топлива.Когда количество воздуха в смеси велико по сравнению с количеством топлива, оно называется «бедной» смесью. Когда происходит обратное, это называется «богатой» топливной смесью.

Двигатели с прямым впрыском

используют смесь из 40 или более частей воздуха на одну часть топлива, записанную как 40: 1. Это сопоставимо с нормальным сочетанием бензинового двигателя 14,7: 1. Более скудная смесь позволяет сжигать топливо гораздо более консервативно.

Второй плюс эффективности для двигателей с прямым впрыском заключается в том, что они могут сжигать топливо более полно.Топливо можно разбрызгивать непосредственно там, где камера сгорания самая горячая — в бензиновом двигателе, что означает, что оно оказывается близко к искре. В традиционном бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь широко диспергируется в камере, оставляя значительное количество несгоревших и, следовательно, неэффективных.

Так как насчет остальной части двигателя? Являются ли двигатели прямого впрыска радикальным отходом от известных и общепринятых принципов внутреннего сгорания?

Краткий ответ «нет.«Чтобы быть уверенным, двигатели с прямым впрыском действительно используют несколько специальных битов и технических приемов:

  • Изящный аппаратный элемент, называемый топливной рампой , для распределения топлива по инжекторам
  • Специальное программирование для компьютера управления двигателем для обработки расчетов расхода, размера капель топлива, контроля выбросов и других вещей, которые вы не делаете хочу подумать во время вождения
  • Специальные каталитические нейтрализаторы для обработки двигателей с прямым впрыском, как известно, с высоким содержанием оксидов азота (NOx)

Несмотря на проблему выбросов NOx, бензиновые двигатели с прямым впрыском получают высокие оценки, в частности, за более чистые выбросы.Именно по этой причине многие моторные компании трудились над созданием двухтактных версий бензинового двигателя с прямым впрыском. В то время как четырехтактные автомобили встречаются на большинстве автомобилей и уличных мотоциклов, двухтактные правила действуют, когда речь идет о мотоциклах для бездорожья, двигателях для небольших лодок и лодочных судов и многих мотоциклах, которые служат основным транспортом в развивающихся странах.

В следующем разделе мы рассмотрим, почему брызги топлива непосредственно в камеру сгорания под высоким давлением не приводят к взрыву двигателя.

,

Как работает система впрыска топлива

Для двигатель для бесперебойной и эффективной работы необходимо обеспечить необходимое количество топливо смесь воздуха в соответствии с широким спектром требований.

Система впрыска топлива

Автомобили с бензиновым двигателем используют непрямой впрыск топлива. Топливный насос отправляет бензин в отсек двигателя, а затем инжектор впрыскивает его во впускной коллектор. Для каждого цилиндра имеется либо отдельный инжектор, либо один или два инжектора во впускной коллектор.

Традиционно топливно-воздушная смесь контролируется карбюратор инструмент, который ни в коем случае не идеален.

Его основным недостатком является то, что один карбюратор, снабжающий цилиндр двигатель не может дать каждому цилиндру одинаковую топливно-воздушную смесь, поскольку некоторые цилиндры находятся дальше от карбюратора, чем другие.

Одним из решений является поместиться двойные карбюраторы, но их сложно правильно настроить. Вместо этого многие автомобили в настоящее время оснащены двигателями с впрыском топлива, где топливо доставляется точными выбросами.Оснащенные таким образом двигатели обычно более эффективны и мощнее карбюраторных, они также могут быть более экономичными, а также менее токсичными. выбросы ,

Впрыск дизельного топлива

впрыск топлива система в бензиновых автомобилях всегда косвенная, бензин впрыскивается во впускной многообразие или входной порт, а не прямо в камеры сгорания , Это гарантирует, что топливо хорошо смешивается с воздухом до его попадания в камеру.

Много дизельные двигатели Однако используйте прямой впрыск, при котором дизель впрыскивается непосредственно в цилиндр, заполненный сжатым воздухом. Другие используют косвенный впрыск, при котором дизельное топливо впрыскивается в специальную камеру предварительного сгорания, которая имеет узкий проход, соединяющий его с крышка цилиндра ,

Только воздух втягивается в цилиндр. Так сильно греется компрессия что распыленное топливо впрыскивается в конце такт сжатия самостоятельно воспламеняется.

Основная инъекция

Все современные системы впрыска бензина используют непрямой впрыск. Специальный насос отправляет топливо под давление из топливный бак в машинный отсек, где, находясь под давлением, он распределяется индивидуально по каждому цилиндру.

В зависимости от конкретной системы топливо подается во впускной коллектор или во впускной канал через инжектор , Это работает так же, как спрей сопло из шланг , гарантируя, что топливо выходит в виде мелкого тумана.Топливо смешивается с воздухом, проходящим через впускной коллектор или порт, и топливно-воздушная смесь поступает в сгорание камера.

Некоторые автомобили имеют многоточечный впрыск топлива, где каждый цилиндр питается от своего инжектора. Это сложно и может быть дорого. Чаще всего используется одноточечный впрыск, при котором один инжектор подает все цилиндры, или один инжектор на каждые два цилиндра.

Форсунки

Форсунки, через которые распыляется топливо, вкручиваются сначала в форсунки либо во впускной коллектор, либо в головку цилиндров и расположены под углом так, что распыление топлива запускается по направлению к впускному отверстию. клапан ,

Инжекторы одного из двух типов, в зависимости от системы впрыска. Первая система использует непрерывный впрыск где топливо впрыскивается во впускной канал все время работы двигателя. Инжектор просто действует как распылительная форсунка, разбивая топливо на мелкие брызги — он фактически не контролирует поток топлива. Количество распыляемого топлива увеличивается или уменьшается с помощью механического или электрического блока управления — другими словами, это все равно что включать и выключать кран.

Другая популярная система синхронизированный впрыск (импульсный впрыск) где топливо доставляется пакетами, чтобы совпасть с индукционный инсульт цилиндра. Как и в случае непрерывного впрыска, синхронизированный впрыск также может контролироваться либо механически, либо электронно.

Самые ранние системы были с механическим управлением. Их часто называют впрыском бензина (сокращенно PI), а поток топлива контролируется механическим регулятором в сборе. Эти системы страдают недостатками механической сложности и плохой реакции на отключение газа.

Механические системы в настоящее время в значительной степени заменены электронный впрыск топлива (для краткости известен как EFi). Это благодаря повышению надежности и снижению стоимости электронных систем управления.

Типы топливных форсунок

A механическая топливная форсунка

Могут быть установлены два основных типа инжекторов, в зависимости от того, механически или электронно управляется система впрыска.В механической системе инжектор Подпружиненный в закрытое положение и открывается давлением топлива.

Электронный инжектор

Инжектор в электронной системе также закрыт пружиной, но открывается электромагнит встроенный в корпус инжектора. электронный блок управления определяет, как долго инжектор остается открытым.

Механический впрыск топлива

Lucas механическая система впрыска топлива

В системе Lucas топливо из бака подается под высоким давлением в топливный аккумулятор.Оттуда он проходит в распределитель топлива, который посылает взрыв топлива в каждый инжектор, откуда он запускается во впускной канал. Поток воздуха контролируется откидным клапаном, который открывается в ответ на педаль акселератора. Когда воздушный поток увеличивается, распределитель топлива автоматически увеличивает поток топлива к инжекторам, чтобы правильно сбалансировать топливно-воздушную смесь. Для холодного запуска, дросселя на приборной панели или, на более поздних моделях, микропроцессорного блока управления вводит в действие специальный инжектор холодного запуска, который впрыскивает дополнительное топливо для создания более богатой смеси.Как только двигатель прогрелся до определенной температуры, термовыключатель автоматически отключает инжектор холодного запуска.

Механический впрыск топлива использовался в 1960-х и 1970-х годах многими производителями на своих спортивных автомобилях и спортивных седанах. Одним из типов, установленным на многих британских автомобилях, включая Triumph TR6 PI и 2500 PI, была система Lucas PI, представляющая собой систему времени.

А высокого давления электрический топливный насос рядом с топливным баком установлены насосы топлива под давлением 100 фунтов на квадратный дюйм до уровня топлива аккумулятор ,Это в основном краткосрочный резервуар это поддерживает постоянное давление подачи топлива, а также пропускает импульсы топлива, поступающие из насоса.

Из аккумулятор топливо проходит через бумагу элемент фильтр и затем подается в блок управления дозированием топлива, также известный как распределитель топлива , Это устройство управляется из распределительный вал и его работа, как следует из названия, заключается в распределении топлива для каждого цилиндра, в правильное время и в правильных количествах.

Количество впрыскиваемого топлива контролируется откидным клапаном, расположенным на воздухозаборнике двигателя.Заслонка находится под блоком управления, поднимается и опускается в ответ на поток воздуха — при открытии дросселя «всасывание» из цилиндров увеличивает поток воздуха, и заслонка поднимается. Это изменяет положение челночного клапана в блоке управления дозированием, позволяя большему количеству топлива попадать в цилиндры.

Из дозатора топливо подается по очереди к каждому из форсунок. Затем топливо впрыскивается во впускное отверстие в головке цилиндров. Каждый инжектор содержит подпружиненный клапан, который удерживается закрытым под действием давления пружины.Клапан открывается только тогда, когда впрыскивается топливо.

Для холодного запуска нельзя просто перекрыть часть воздушного потока, чтобы обогатить топливно-воздушную смесь, как вы можете с помощью карбюратора. Вместо ручного управления на приборной панели (напоминающей ручку воздушной заслонки) или, на более поздних моделях, data-term-id = «1915»> микропроцессор

,
Термодинамическое исследование рабочего цикла двигателя с непосредственным впрыском топлива с компрессионным зажиганием

1. Введение

В настоящее время одним из наиболее часто используемых в мире источников энергии являются топлива, полученные из нефти, такие как углеводороды, которые сжигаются с выделением кислорода, выделяющего большое количество тепловой энергии. Эта энергия может быть преобразована в механическую работу с помощью двигателей внутреннего сгорания [1]. Двигатель внутреннего сгорания — это устройство, которое позволяет получать механическую энергию из тепловой энергии, накопленной в жидкости в результате процесса сгорания [2].

Следует отметить, что в поршневых двигателях внутреннего сгорания (RICE) продукты сгорания составляют рабочую жидкость; это упрощает их конструкцию и обеспечивает высокую тепловую эффективность. По этой причине эти двигатели являются одной из известных единиц, генерирующих легкий вес, и, следовательно, фактически являются наиболее часто используемыми транспортными двигателями [3].

RICE работает по механическому циклу , состоящему из двух основных частей: первая — это замкнутый цикл, в котором выполняются процессы сжатия, сгорания и расширения, а вторая — открытый цикл, в котором рабочая жидкость возобновленный, известный как процесс газообмена и состоящий из процессов впуска и выпуска [4].Когда проводится исследование RICE, необходимо определить термодинамические свойства рабочей жидкости, а также количество смеси, которая поступает в цилиндр и покидает его [5].

Поток с характеристиками в двигателях с искровым зажиганием (SIE) или двигателях с воспламенением от сжатия (CIE) можно обобщить в соответствии с [6] следующим образом: переходный процесс в результате движения поршня, полностью турбулентный для всех цилиндров из-за скорости двигателя и размеры впускного канала, а также трехмерные из-за геометрии двигателя, которая также изменяется в течение цикла (контуры меняются со временем), создавая различные локальные поля скоростей.

Во время газообмена происходят процессы как регулятивных, так и инерционных явлений, а также нестабильность процессов, происходящих внутри двигателя. Изменение давления в цилиндрах на впуске и выпуске имеет сложный характер, поэтому аналитический расчет газообмена с учетом вышеупомянутых явлений довольно сложен и требует использования специализированных компьютерных программ, использующих коэффициенты, полученные экспериментально [ 1].

Основа для расчета нестационарной неизэнтропической характеристики потока входных и выходных каналов RICE и выбросов NO была установлена ​​в [7].Различные эмпирические корреляции для учета теплообмена во время процесса газообмена и для корректировки экспоненциального коэффициента числа Рейнольдса таким образом, чтобы сводить только к одному коэффициенту регулирования, рассматривались в [1,2,4 и 8].

Процедура, широко используемая как в экспериментальном, так и в теоретическом исследовании обтекания двигателей, заключается в анализе цикла двигателя при отсутствии сгорания, моделировании процесса сжатия-расширения и проведении измерений для двигателя, работающего в этом состоянии [5].

Во всех процессах рабочего цикла RICE происходит теплопередача к стенкам цилиндра, которая происходит с большей интенсивностью во время сгорания и расширения из-за достигнутых высоких температурных градиентов. Вощни [9] предложил уравнения для определения турбулентного конвективного теплообмена с учетом средней скорости газов в цилиндрах, а Аннанд [10] нашел корреляции для расчета мгновенных средних коэффициентов для турбулентного конвекционного теплообмена с использованием средней температуры газа и предложил корреляции для оценки излучения пламени, испускаемого в течение сгорания.Корреляции для конвективного теплообмена с учетом изменения поверхности и объема цилиндра при перемещении поршня были установлены в [11]. Компьютерная программа для расчета теплообмена в камере сгорания RICE с использованием моделей для учета турбулентности была представлена ​​в [12]. Универсальная корреляция для потока смеси в процессе впуска и выпуска, корректирующая коэффициенты чисел Нуссельта, Рейнольдса и Прандтля, была предложена в [13].

В настоящем исследовании процесс сжатия считается адиабатическим и обратимым, но в реальных двигателях существует теплообмен между рабочей жидкостью, клапанами и стенками цилиндров.В начале сжатия температура жидкости ниже, чем температура поверхностей, которые окружают объем цилиндра, что приводит к увеличению температуры жидкости, некоторые мгновенные более поздние температуры становятся равными, а затем тепло передается от рабочей жидкости к стенкам. поэтому политропный коэффициент изменяется в процессе [1].

Сложность процесса сгорания в RICE из-за несвоевременного и неполного сгорания, диссоциации и теплообмена подтолкнула к разработке специальных методов проведения исследований.Адекватная реализация этого процесса имеет решающее значение с точки зрения вырабатываемой мощности и ее эффективности, оказывающих большое влияние на срок службы и надежность двигателя [14].

Были предложены различные модели для изучения процесса сгорания, такие как закон горения Вибе, применимый к SIE, и закон Ватсона, применимый к CIE [15]. Эти законы определяют сгоревшую массовую долю и выделяемое тепло в зависимости от угла поворота коленчатого вала. В этих моделях использовались физические константы, полученные экспериментально.Соотношение Rasselier и Withrow, а также законы горения позволяют получать давление сгорания на одну степень вращения коленчатого вала. Для количественной оценки задержки зажигания существует много корреляций, как предложено в [16], [17], [18] или [19]. Модели, предложенные в [15], [20] и [17], используются для расчета коэффициента горения, который отражает массовую долю сгоревшей фазы в предварительно смешанной фазе и диффузионной фазе.

Изменения объема можно оценить с помощью выражения, предложенного в [15], которое соотносит размеры двигателя: степень сжатия, смещенный объем, объем камеры сгорания, радиус кривошипа, длину шатуна и угол поворота коленчатого вала.Средняя температура в процессе сгорания может быть определена с использованием давления в цилиндре и уравнения идеального газа [4].

Методы расчета, используемые для получения равновесного состава и конечного состояния химических частиц, присутствующих в продуктах сгорания топливовоздушной смеси, хорошо известны и упоминаются в литературе [21, 22, 23 и 24]. Одной из наиболее полных программ, возможно, является код CEC НАСА-Льюиса [25 и 26], который рассматривает жидкие и газообразные химические вещества, чрезвычайно универсален и может использоваться для расчета термодинамического состояния, химического равновесия, теоретического поведения ракет и даже Шепмена-Жуге. детонационные свойства.

Компьютерные программы для расчета систем сгорания с постоянным давлением CHO и CHON, предполагающие, что продукты сгорания состоят из восьми и десяти химических частиц, были представлены соответственно в [27 и 28]. Код менее общий, чем код НАСА, ограниченный двенадцатью химическими видами систем сгорания CHON, специально предназначенными для применения в анализе процессов двигателей внутреннего сгорания, был опубликован в [29]. Программа для расчета систем сгорания с постоянным объемом CHON двенадцати видов, применимая для температур до 3400 K, была представлена ​​в [30].Программа, действительная для температур до 6000 К, которая может рассчитывать как постоянное давление, так и постоянное объемное сгорание для системы CHON восемнадцати химических видов, доступна в [31].

Функциональные свойства рабочей жидкости от ее температуры, давления и насыщенности могут быть определены путем применения термодинамических основных уравнений для идеальных газовых смесей с учетом массовых долей каждого компонента в смеси [32]. Также можно определить с помощью таких процедур, как FARG и ECP [33 и 34].В дополнение к изучению процесса сгорания были рассмотрены модели для определения выбросов NO как расширенного механизма Зельдовича. Причина использования этих моделей заключается в том, что конкретные константы скорости реакции для NO очень малы по сравнению со скоростью горения, поэтому предполагается, что все виды, присутствующие в продуктах, за исключением NO, находятся в химическое равновесие.

Процесс расширения производит механическую работу за счет энергии, выделяющейся при сгорании, и заканчивается, когда открывается выпускной клапан.В этот момент продукты выталкиваются из цилиндра первоначально при критической скорости в диапазоне от 500 до 700 м / с, а затем выталкиваются поршневым движением в направлении верхней мертвой точки [4 и 15]. Ближе к концу выхлопа во время перекрытия клапана часть свежей смеси выходит, способствуя выбросу несгоревших углеводородов и уменьшая эффективность двигателя.

Чтобы исследовать процесс газообмена, используя газодинамику для анализа потока газа в переходных процессах с переменным составом и переменными удельными нагревами, были использованы модели, такие как [35].

Для улучшения процесса газообмена мы должны продвинуть открытие впускного клапана (AIVO) и задержать закрытие выпускного клапана (DEVC). Из-за этого существует период, в течение которого оба клапана остаются открытыми одновременно, этот период известен как перекрытия клапанов , который помогает удалить столько газа и впустить столько воздуха или свежей смеси. Это происходит из-за разрежения, возникшего в непосредственной близости от впускного клапана, из-за эффекта выброса, вызванного движением сгоревшего газа через выпускной клапан; это будет способствовать повышению эффективности и мощности, производимой RICE [1].

Для изучения рабочего цикла RICE используются два метода исследования. Первый основан на получении данных экспериментальных испытаний, а второй основан только на математическом моделировании. Последний метод является более универсальным и уменьшает необходимые эмпирические данные исследования в зависимости от используемого метода расчета и наложенных упрощений. Однако для подтверждения результатов математического моделирования необходимы экспериментальные параметры, полученные в лаборатории [5]. Использование методов численного анализа в настоящее время значительно развилось и расширилось из-за увеличения скорости и вычислительной мощности современных компьютеров.Эти методы обеспечивают более высокую производительность, универсальны и могут обрабатывать больше информации, чем может быть измерено в экспериментальном тесте. Однако точность результатов, полученных при применении моделей, зависит от сделанных допущений.

Моделирование — это метод исследования, применяемый в RICE, его использование выросло за последние два десятилетия из-за снижения стоимости, получаемого за счет исключения или сокращения лабораторных тестов, так как они требуют большого количества повторяющихся тестов для получения соответствующих результатов, приносящих потери времени и денег при подготовке, калибровке, измерении, ремонте и замене испытательных двигателей.Проектировщики RICE должны создавать более эффективные двигатели из-за более высокой стоимости топлива и новых правил по выбросам от сгорания, образующимся в процессе, который происходит внутри двигателя. Чтобы оптимизировать эти конструкции, требуются многочисленные тесты проб и ошибок. Реализация тестов подразумевает дорогостоящее строительство и тестирование нескольких прототипов. Моделирование — это процедура, которая позволяет проводить многочисленные тесты с относительно низкой стоимостью.

Для определения диаграммы двигатель v относительно V рабочая жидкость рассматривается как идеальный газ, масса, поступающая в цилиндр, рассчитывается с использованием модели наполнения, которая учитывает подъем клапана и коэффициент выпуска.Начальная масса в цилиндре — это остаточные газы, то же количество, которое использовалось в качестве контрольного значения для контроля вытесненной массы во время выпуска. Мгновенный объем определяли с помощью уравнения по углу поворота коленчатого вала [15]. Конечная температура сжатия определялась по первому закону термодинамики, учитывающему процесс равномерного потока и конвекционный теплообмен. Мощность, среднее указанное давление, максимальное давление и температура рассчитывались с использованием методов, предложенных в [1], [4] и [15].Циклическая дисперсия изучалась с использованием среднего указанного коэффициента изменения давления и изменения давления как функции угла основной фазы сгорания в диапазоне от 10 ° до верхней мертвой точки (ВМТ) и 10 ° после ВМТ, [1]. Расчеты для процесса выхлопа были аналогичны расчетам процесса приема. Модель для исследования замкнутого контура цикла ограниченного давления CIE, заменяющего процесс отвода тепла с постоянным объемом на процесс изоэнтропического расширения с последующим отводом тепла при постоянном давлении, предложена в [36].

Существуют коммерческие пакеты, которые представляют собой очень полезный инструмент в области исследований и разработок RICE, используемых различными компаниями в автомобильном секторе. К ним относится ECARD (исследование и разработка с использованием компьютерного двигателя), разработанная группой IMST, глобальная модель, которая позволяет моделировать работу двигателя на протяжении всего его рабочего цикла, используя аналогичные модели сложности для различных вовлеченных процессов. OpenWAM — это бесплатный одномерный код газодинамики с открытым исходным кодом, созданный группой CMT, который можно использовать для прогнозирования движения потока через элементы двигателя внутреннего сгорания.NEUROPART использует нейронные сети для определения свойств продукта и влияния состава на выбросы выхлопных газов и образование частиц. CHEMKIN использует химические кинетические концепции для анализа жидкостей в газовой фазе с помощью гидродинамического моделирования. EQUIL, рассчитывает состав при равновесии продуктов сгорания. PREMIX, рассчитывает скорость сгорания для разных видов топлива. SENKIN, позволяет определить временную задержку для различных видов топлива и кинетическую эволюцию сгорания в зависимости от видов, участвующих в процессе.

2. Математическая модель

В настоящем параграфе будут разработаны основные положения и математические уравнения, управляющие явлениями, происходящими в CIE. Для этой цели будет рассмотрен регулятор громкости на рисунке 1, который показывает взаимодействие массы и энергии с окружающей средой.

Рисунок 1.

Контрольный объем двигателя

Следует отметить, что контрольный объем во время процессов газообмена работает как открытая система. В процессе сжатия процессы сгорания и расширения работают как замкнутая система, поэтому необходимо внести поправки, чтобы учесть обменную массу из-за утечки и подачи топлива.

2.1. Сохранение массы

Принцип сохранения массы устанавливает, что общее изменение массы в контрольном объеме:

Суммирование используется, когда имеется несколько входных и / или выходных потоков. Выражая Ec. 1 в дифференциальной форме и делением на разницу во времени получаем массовую скорость изменения времени:

Чтобы выразить последнее уравнение в терминах массы воздуха и топлива, поступающих в контрольный объем, мы определяем:

Различая время и переставляя, мы получаем топливо скорость изменения:

f • = dfdt = (м • е − м • см) [(fe − fs)] E4

Из определения отношения эквивалентности (богатства смеси):

ϕ = mfma (mfma) sto = m • fm • a (m • fm • a) stoE5

заменяет Ec.3 в Ec. 5 и время получения:

ϕ • = dϕdt = 1 (mfma) stof • (1-f) 2E6

2.2. Сохранение энергии

Первый закон термодинамики для открытой системы, не учитывая изменения в кинетической и потенциальной энергии, можно записать в дифференциальной форме как:

изменение объема:

и первый член в левой части уравнения. 7 можно оценить с точки зрения внутренней энергии:

dEdt = ddt (mu) = (mdudt) vc + (udmdt) vcE9

или с точки зрения энтальпии:

dEdt = ddt (mh) −ddt (pV) E10

Подставляющие уравнения ,8 и 10 в формуле 7 имеем:

(mdudt) vc + (udmdt) vc = Q • -W • + m • eh-em • shsE11

Поскольку внутренняя энергия, энтальпия и плотность являются функциями T, p и ϕ, скорость их изменения во времени равна:

dudt = (∂u∂T) dTdt + (∂u∂p) dpdt + (∂u∂ϕ) dϕdtE12dhdt = (∂h∂T) dTdt + (∂h∂p) dpdt + (∂h∂ϕ) dϕdtE13dρdt = (∂ρ ∂T) dTdt + (∂ρ∂p) dpdt + (∂ρ∂ϕ) dϕdtE14

Предполагая, что рабочая жидкость является идеальным газом, дифференцируя уравнение идеального газа и переставляя, мы имеем:

pdVdT + VdpdT = mRdTdt + mTdRdt + RTdmdtdpd ρRdTdt − ρTdRdtRTE16

Из уравнения14:

dpdt = dρdt- (∂ρ∂T) dTdt- (∂ρ∂ϕ) dϕdt (∂ρ∂p) E17

, заменяя формулу. 17 в формуле 16, перестановка и решение для dpdT:

dpdt = −ρTdTdt − ρRdRdt− (∂ρ∂T) dTdt− (∂ρ∂ϕ) dϕdt (∂ρ∂p) −1RTE18

Решение Ec. 15 для dRdt, упрощающий и подставляющий в Ec. 18:

dpdt [(∂ρ∂p) −1RT] = — ρTdTdt − ρR [pmTdVdt + VmTdpdt − RTdTdt − Rmdmdt] — (∂ρ∂T) dTdt− (∂ρ∂ϕ) dϕdt E19

Заменить уравнение идеала газа E19

в Ec. 19 и решение для dpdT:

dpdt = ρ (∂ρ∂p) [dVdtV + dmdtm − 1ρ (∂ρ∂T) dTdt − 1ρ (∂ρ∂ϕ) dϕdt] E20

Дифференцирующее уравнение идеального газа по p и T получаем:

и подставляя Ecs.21 и 22 в Ec. 20:

dpdt = p [−dVdtV + dmdtm + (dTdt) 1T − RTp (∂ρ∂ϕ) dϕdt] E23

Далее для получения давления в цилиндре будет использовано уравнение плотности, объема, массы и смеси. когда время меняется (индикаторная диаграмма).

Процедура получения аналогичного выражения для изменения температуры во времени будет проиллюстрирована ниже. Решение уравнения 11 для dudt:

dudt = Q • mvc − pmvcdVdt + 1mvc (me • he − ms • hs− (udmdt) vc) E24

и определение:

B = −RTdVdtV + 1m (Q • + m • ehe − m • SHS- (UDMDT) VC) E25

С другой стороны, введение Ecs.8 в Ec. 11, получить следующее выражение:

Подставляя Ec. 26 в Ec. 12 и решение для dpdt:

dpdt = B− (∂udt) dTdt- (∂udϕ) dϕdt (∂u∂p) E27

Замена Ec. 27 в Ec. 20 и решение для dTdtgives:

dTdt = (∂u∂p) [- ρdVdtV + ρdmdtm− (∂ρ∂ϕ) dϕdt − B + (∂u∂ϕ) dϕdt] (∂u∂p) (∂ρ∂T) — (∂ρ∂p) (∂u∂T) E28

Теперь, учитывая:

И дифференцируя:

dRdt = (∂R∂T) dTdt + (∂R∂p) dpdt + (∂R∂ϕ) dϕdtE30

Дифференциация уравнение идеального газа и решение для dRdt

dRdt = dpdtpR − dTdtTR − dρdtρRE31

Замена Ec.30 в формуле 31 и решение fordpdt:

dpdt = (∂R∂T) dTdt + (∂R∂ϕ) dϕdt + dTdtRT + dρdtRρRp− (∂R∂p) E32

Замена Ec. 32 в Ec. 27:

(∂u∂T) dTdt + (∂u∂p) [(∂R∂T) dTdt + (∂R∂ϕ) dϕdt + dTdtRT + dρdtRρRp− (∂R∂p)] + (∂u∂ϕ) dϕdt = BE33

Определение:

Сбор терминов, содержащих dTdtand, заменяющий уравнение. 34 в формуле 33:

(dTdt) [(∂u∂T) + (∂u∂p) pDR {(∂R∂T + RT)}] + (∂u∂p) 1D [(∂R∂ϕ) dϕdt + dϕdtRρ ] + (∂u∂ϕ) dϕdt = BE35

Определение:

Замена Ec. 36 в формуле 35 и решение fordTdt:

dTdt = B− (∂u∂p) pD [1R (∂R∂ϕ) dϕdt + dρdt1ρ] — (∂u∂ϕ) dϕdt (∂u∂T) + CDpT (∂u∂p ) E37

С тех пор:

Время дифференцирования и решения для dρdt:

Замена Ec.39 в Ec. 37:

dTdt = B− (∂u∂p) pD [(∂R∂ϕ) dϕdt1R + dmdt1m − dVdt1V] — (∂u∂ϕ) dϕdt (∂u∂T) + CDpT (∂u∂p) E40

Это уравнение будет использоваться для определения температуры в цилиндрах при изменении времени.

Если уравнения. 25, 34, 36 и 37 заменяются в формуле. 23 и собрав слагаемые, мы получили:

dpdt = Q • −m • bbhbb − dVdt [mCV + p] −dmdt [(D (∂u∂ϕ) −hcil + u) −C (DR (∂R∂ϕ + 1) ))] m [C (1p − 1R (∂R∂ϕ)) + (∂u∂p)] E41

и:

dmdt = Q • −m • bbhbb − dVdt [mCV + p] −m [C ( 1p − 1R (∂R∂ϕ)) + (∂u∂p)] dpdt (D (∂u∂ϕ) −hcil + u) −C (DR (∂R∂ϕ + 1)) E42

уравнения. 41 и 42 будет использоваться для получения диаграммы индикатора (р противДиаграмма V или p и φ) и диаграмма сожженной массовой доли (диаграмма m и t) соответственно.

2.3. Мгновенный объем в цилиндре

Мгновенный объем внутри контрольного объема с точки зрения смещенного объема, степени сжатия, отношения длины шатуна к радиусу коленчатого вала и угла поворота коленчатого вала можно получить с помощью следующего выражения [15]:

В ( φ) = Vd [1rc − 1 + 12 [RLA + 1-cosφ- (RLA2-sen2φ) 12]] E43

В этом выражении R LA — это отношение длины (l) шатуна к радиусу (a) шатуна.

Deriving Ec. 43 относительно угла поворота коленчатого вала, получаем:

dVdφ = Vd2 [senφ + senφ cosφ (RLA2-sen2φ) 12] E45

Время в секундах, необходимое для описания некоторого угла поворота коленчатого вала, можно рассчитать с помощью следующего выражения:

Решение предыдущего выражения для φ и замена в Ec. 45, чтобы сделать соответствующее преобразование из градусов в радианы, полученное нами:

dVdt = 3Vd (об / мин) [senπ rpm30 t + senπ rpm30 t cosπ rpm30 t (RLA2 − sen2π rpm30 t) 12] E47

Предыдущее выражение позволяет определить цилиндр в цилиндре изменение объема по времени, в то время как Ec.45 будет использоваться для расчета изменения объема относительно угла поворота коленчатого вала.

3. Уравнения, модели и расчеты

Модели и предположения, используемые для анализа каждого из термодинамических процессов, которые проводятся в CIE, будут представлены в этом параграфе. Процедуры, обычно используемые в RICE, используются для расчета термодинамических свойств химических веществ, образующихся при сгорании. Процедуры FARG и ECP [34] используются для определения свойств в зависимости от температуры газа.Процедура PER [29] используется для получения одинаковых свойств в зависимости от богатства смеси. Программа DVERK [37], найденная в Международной библиотеке по математике и статистике, используется для решения систем дифференциальных уравнений методом Рунге — Кутты Вернера пятого и шестого порядка.

3.1. Процесс приема

Параметр, характеризующий процесс приема, представляет собой объемную эффективность, определяемую как:

ηv = m • arm • at = m • arρ0iVdrpm30jE48

Он учитывает потери во впускном клапане и всей системе впуска, если значение плотности атмосферы составляет используется для ρ 0 .

Реальный массовый воздушный поток, поступающий в цилиндр, определяется следующими уравнениями [15] функцией отношения p вниз / p вверх :

pdownpup <1 м • = CdArefp0RaT0 (pdownpup) (2γγ − 1 [1- (pdownpup) γ + 1γ]) E49pdownpup≥1 м • = CdArefpup (γRT0) (2γ − 1) γ + 12 (γ + 1) E50

, где p down — давление ниже по потоку, а p up — значение вверх по потоку. давление. Хотя коэффициент разряда C d изменяется во время процесса, в настоящем исследовании мы предполагаем, что он постоянен и равен его среднему значению.Эталонная область A ref , обычно называемая областью занавеса, поскольку она зависит от подъема клапана L v , принимается как:

Модель, предложенная в [38], использовалась для теоретического определения профиля подъемного клапана, который функция максимального подъема, L v max и угол поворота коленчатого вала φ:

Lv (φ) = Lv max + C2φ2 + Cpφp + Cqφq + Crφr + CsφsE52

Коэффициенты C 2 , C p , C q , C r y C s определяются по следующим уравнениям:

C2 = −pqrsh [(p − 2) (q − 2) (r − 2) (s − 2) cmed2] E53Cp = 2qrsh [(п-2) (д-р) (г-р) (с-р) cmedp] E54Cq = -2prsh [(Q-2) (д-р) (г-д) (с-д) cmedq] E55Cr = 2pqsh [(г-2) (г-р) (г-д) (с-г) cmedr] E56Cs = -2pqrh [(с-2) (с-р) (с-д) (с-г ) cmeds] E57

Рекомендуемые значения для p, q, r и s: p = 6; q = 8; r = 10; с = 12.

Изменение давления и температуры газа с течением времени в этом процессе рассчитывается по формуле. 23 и 40. Поскольку CIE сжимает только воздух, термин, соответствующий изменению богатства смеси во времени, равен нулю. По этой причине приведенные выше уравнения имеют вид: p) E59

Для решения этих уравнений требуются модели тепловыделения, теплообмена, продувки, задержки зажигания и образования химических частиц. Кроме того, термины ∂u∂T, ∂u∂p, ∂R∂Ty ∂R∂ должны быть определены с использованием процедур FARG и ECP.

с уравнениями 43 и 47 мы вычисляем объем и его производную по времени, соответственно, в то время как с помощью уравнений. 49 или 50 в зависимости от случая определяют массу потока. Накопленная масса в цилиндре получается путем суммирования массовых потоков, умноженных на значения, полученные по формуле. 46. ​​

3.2. Цикл замкнутого цикла

Цикл замкнутого цикла соответствует процессам сжатия, сгорания и расширения. Сжатие начинается, когда впускной клапан закрывается. Изменение давления и температуры во времени в течение этого процесса определяется с учетом того, что сжат только воздух (Ecs 58 и 59), и есть потери массы из-за продувки.Когда начинается впрыск топлива, состав смеси меняется; поэтому выражения, используемые для определения изменения температуры и времени во время цикла с замкнутым контуром, являются уравнением. 23 и 40. Когда открывается выпускной клапан, начинается процесс выпуска.

3.3. Выпускной процесс

Уравнения, используемые в этом процессе, те же, что и в процессе впуска, но при этом отмечается, что рабочая жидкость представляет собой смесь сгоревших газов, и теплопередача выше, чем при впуске, из-за высокой температуры.

Во время перекрытия клапана мы хотим извлечь как можно больше сгоревших газов и, используя преимущества динамического воздействия, увеличить количество свежего заряда, поступающего в цилиндр. Уравнения, используемые в этом процессе, те же, что и при впуске и выпуске, но с учетом того, что одновременно происходит поступление свежего заряда и выхода сгоревших газов.

3.4. Задержка зажигания модель

Задержка зажигания в CIE характеризует количество тепла, которое будет выделяться немедленно при самовоспламенении топлива и напрямую влияет на гул двигателя и образование загрязняющих веществ.Модель, представленная в [19], указывает, что задержка зажигания зависит от температуры и давления в цилиндре, частоты вращения двигателя и количества накопленного топлива и может быть рассчитана в градусах и миллисекундах со следующими выражениями:

ID [мс] = ID [град. ] 0,006 (об / мин) E61

, где: A = 0,36 + 0,22 В, Vmp = c (об / мин) 30, n = 0, EA = exp [Ru (1RTc-117190) (21,2pc-12,4)], E = 618840NC + 25, pc = pambrcnc, Tc = Tambrcnc-1,

nc = 1,30 a 1,37, Ru = 8,3143 [Дж / моль K] .E62

Другие модели, основанные на экспериментальных данных, предполагают корреляции, в которых используется выражение Аррениуса, аналогичное предложенному в [ 15], в котором константы, оцениваемые по [39], таковы: A = 3.45, п = 1,02, ЕО = ехр [EaRuTc], Е = 2100.

Другая модель, константы которой такие же, как и в предыдущем случае, использует функцию богатства A, как показано в следующем выражении [16]: A = 2.4ϕ-0.2.

3,5. Модель тепловыделения

Учитывая четвертый член числителя в уравнении. 41, которая представляет тепло, выделяемое в процессе сгорания и применяя соотношение Уотсона, мы получаем следующее уравнение:

mcHidXb = dmdt [(D (∂u∂ϕ) −hcil + u) −C (DR (∂R∂ϕ +) 1))] E63

Модель видимого горения топлива будет использоваться для представления процесса сгорания.Он использует два эмпирических уравнения, одно для фазы смешанного сгорания и другое для диффузионной фазы сгорания. Мгновенное общее количество тепла, выделяемого степенью вращения коленчатого вала, определяется суммой двух компонентов:

(dmcdφ) Tot = (dmcdφ) pre + (dmcdφ) difE64

3.6. Фактор горения

Модель тепловыделения требует определения, в зависимости от физического состояния процесса, начального количества топлива, сжигаемого во время фазы предварительного смешивания. Для этого используется начальный коэффициент сжигания топлива [15] [17].Этот коэффициент оценивал, в зависимости от начального обогащения и периода задержки, какую часть впрыскиваемого топлива сжигают во время фазы предварительного смешивания. Разница сгорает во время диффузионной фазы. Коэффициент горения определяется как:

и может быть рассчитан по следующему выражению [15]:

Значения a1, b1 и cc1, показанные в таблице 1 [39, 19 и 15], зависят от используемой модели.

Значение Hardenberg модель Watson модель Heywood модель
a 1 0.746 0.926 0,80 — 0,95
б 1 0,35 0,37 0,25 — 0,45
куб.см 1 0,35 0,26 0,25 — 0,50

Таблица 1.

Эмпирические значения для коэффициента горения

Принимая во внимание тепло, выделяемое во время каждой фазы Ec. 63 становится

(dmcdφ) Tot = β (dmcdφ) pre + (1-β) (dmcdφ) difE67

Тепло, выделяемое во время каждой фазы, оценивается по эмпирическим выражениям, предложенным в [39] и [40].Уравнения, предложенные в [39]:

(dXbdφ) pre = C1C2 (φ − φ0Δφ) C1−1 (1− (φ − φ0Δφ) C1) C2−1E68 (dXbdφ) dif = C3C4 (φ − φ0Δφ) C4−1exp (C3− (φ − φ0Δφ) C4) E69

Уравнение, предложенное в [40], в котором используется процент длительности и тепловыделения в каждой фазе, в отличие от уравнений [39], составляет:

dQdφ = a (Qpreφpre) mpre (φφpre) mpre −1exp [−a (φφpre) mpre] + (Qdifφdif) mdif (φφdif) mdif − 1exp [−a (φφdif) mdif] E70

В таблице 2 приведены константы для уравнений Хейвуда [15] и Уотсона [39] и таблица 3 показаны константы для уравнения Миямото [40].

Watson
Постоянные Heywood
Expresión Valores sugeridos
С 1 2 + 1.25E-8 (ID [мс] оборотов в минуту) 2.4 2 + 0,002703 * IDa2,4 3
C 2 5000 5000
.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о