Система непосредственного впрыска топлива: Системы впрыска топлива бензиновых двигателей: виды и принцип работы

Особенности непосредственного впрыска (Виды впрыска топлива систем FSI, часть 3 )

Как уже говорилось в предыдущей статье, двигатель системы FSI может работать на таких видах смесей:
1 — работа на бедной послойной смеси с добавкой отработавших газов
2 — работа на бедной гомогенной смеси без добавки отработавших газов
3 — работа на гомогенной стехиометрической смеси с добавкой отработавших газов
4 — работа на гомогенной стехиометричской смеси без добавки отработавших газов

«Гомогенная» — это значит, что смесь «однородная» по своему составу.
И должна равномерно распределяться по всему объему камеры сгорания.
Задаются такие вопросы: » Если смесь обедненная, то почему она горит? «.

«Обедненная» — это другими словами «послойная», «расслоенная» смесь.
Посмотрим на рисунок:

                              рис.1

Цифрами на риснуке обозначено:

1- пространственная зона камеры сгорания, заполненная инертными газами или воздухом
2 — ограниченная пространственная зона камеры сгорания, заполненная гомогенной топливо-воздушной смесью.

В условиях создания послойного заряда, рабочая смесь является гомогенной только в пределах одной ограниченной пространственной зоны в камере сгорания. 
Надо сказать, что гомогенной бывает только такая топливная смесь, которая полностью испарилась.
На испарение влияют такие факторы:
— температура в камере сгорания
— размер капель топлива
— время «жизни» капель толива (то есть, то время, за которое капля топлива испарится полностью)

Почему топливо впрыснутое форсункой не распределяется по всему объему камеры сгорания?
Этому есть несколько причин:
— высокая первоначальная скорость струи топлива, изначально заданная давлением

— особая конструкция форсунки, которая обеспечивает «полет» струи топлива в заданном направлении при сохранении изначально заданной формы — «сплющенной» (актуально не для всех моделей двигателей с ситемой FSI).
— «сплющенная» форма струи топлива позволяет не касаться поршня двигателя и стенок камеры сгорания.
— исключительно маленькое расстояние  от сопла форсунки до «точки» искры

За счет точной дозировки по времени впрыска и объема впрыска, полное испарение топлива и создание гомогенного «облака» смеси  происходит как раз в «точке возникновения искры».                      

Как всегда — приостановимся…
Хорошо, теория есть теория, а насколько она нужна?
И нужна ли вообще?
Недавно пришлось побывать у знакомых в сервисе. Во время перерыва и чаепития разговорились.

И от одного работающего улышал такую замечательную фразу:
— Теория, теория…да зачем она нужна? Зачем мне знать, как вы говорите, что термостат устанавливается отверстием вверх? Я что — проверять буду? Зачем мне это надо? Не работает — заменить. Плохо работает — тоже заменить. И дело с концом. А если начинать разбираться, влазить во все эти тонкости, то тут даже на хлеб не заработаешь…

Вам судить, правильная это позиция человека, который занимается ремонтом автомобилей, или неправильная. 
На мой взгляд — не совсем правильная. Потому что «заменить» — да, для ремонтника это легче и быстрее.
А для Клиента?
Пусть тот же термостат стоит и не так дорого ( хотя для кого как, согласитесь), но деньги будут из кармана Клиента. И нет полной уверенности в том, что тот же злополучный термостат неисправный, а он, может быть, изначально был кем-то установлен неправильно и все беды из-за этого.

Для этого и надо знать Теорию.
Знать устройство, принципы и алгоритмы работы.
Вот например, вспомните, что мы говорили в ранних статьях в разделе GDI о свечах зажигания:
» Свечи зажигания в двигателе GDI должны быть черного цвета. Это Нормально. Это Правильно».

Нет, это  —  «не совсем правильно». Скажем так.
И почему…

Толчком к этому  рассуждению послужил разговор со специалистом из Японии.
Это был «чистый японец» и разговаривали мы с ним через переводчика.
В  разговоре коснулись темы GDI и я задал вопрос по свечам зажигания, мол, черный цвет свечей зажигания — это нормально или как?
Оказалось, что «анормально». Оказалось, что двигатели GDI, практически все, до своего первого технического обслуживания,  «ходят» со свечами зажигания имеющим цвет практически такой же, как и у «обычных» двигателей. То есть, они не «засажены», не «черно-черные», имеющие светлый ободок на кончике изолятора — что является нормальным явлением у тех автомобилей с двигателем GDI, которые бегают по дорогам России.

Почему возникает эффект «засаженности», каковы его причины?
Они же должны быть в таком случае, правильно?

Что удалось выяснить, понять и предположить:
Во время работы двигателя, при большом крутящем моменте, камера сгорания начинает работать нестабильно — в ней начинают возникать локальные зоны переобогащенной смеси:

                              рис.2

В результате этого, при продолжающейся работе камеры сгорания, образуются частички сажи, которые  начинают оседать на свече зажигания ( в том числе).
При больших оборотах, высокой турбулентности, повышенном (нерасчетном) числе Рейнольдса топливная смесь плохо испаряется, образует локальные зоны переобогащенной смеси, неправильно и не всегда переносится турбулентным потоком непосредственно к свече зажигания и, в результате, камера сгорания начинает работать неправильно.

И доволнительных причин этому — множество.
Например, «засаженные» клапана. Из-за имеющегося на них «нароста» камера сгорания «недополучает» положенное количество воздуха, а попавший в камеру сгорания воздух начинает неправильно перемещаться. Изменяется количественный  и качественный состав рабочей смеси в камере сгорания.
Это во время такта впуска.
Если же во время такта выпуска через выпускные клапана «выдует» меньшее количество остаточных газов, то они будут принимать участие в следующем такте работы двигателя, то есть, с каждым тактом работы двигателя состав рабочей смеси в камере сгорания будет стремительно изменяться в сторону ухудшения своих рабочих характеристик.

Вышесказанное можно проиллюстировать рисунком :

 

                                            рис.3

Как мы знаем, одной из особенностей работы двигателя системы непосредственного впрыска топлива является особая работа камеры сгорания, где  из-за особой формы поршня двигателя, особого построения впускного коллектора и особой работы системы управления двигателем достигается высокая степень турбулизации с большим числом Рейнольдса (подробнее об этом можно прочитать в статье в разделе GDI — «Поршень GDI»).
В турбулизированной смеси скорость распространения пламени в несколько раз выше, чем в «обычной», то есть, не турбулизированной или слабо турбулизированной смеси.
На рисунке 3 вверху показано, что слабо турбулизированная смесь не имеет таких очагов «внутреннего» горения, как на том же рисунке ниже, когда смесь сильно турбулизирована.
Здесь уже имеет место так называемая «турбулентная диффузия», когда осуществляется перенос термически и химически активных  частиц  сразу некоторыми ограниченными объемами.

Коэфициент турбулентной диффузии намного, в десятки, а иногда и в сотни раз  превышает коэффициент молекулярной диффузии (как на «обычном» двигателе, при работе его камеры сгорания).
Именно отсюда можно сделать еще и другой вывод, который касается величины компрессии и давления в цилиндрах двигателя.
Если они имеют сниженные показатели, то в этом случае так же будет иметь место проявления эффекта «засаженности», потому что при снижении давления  значительно уменьшается  турбулентная скорость распространения пламени в камере сгорания.
И в результате — см.рис.2
Сюда можно приплюсовать свойства нашего отечественного бензина и моторного масла, когда нет полной уверенности в том, что и бензин, и масло полностью соответствуют тем стандартам, при которых двигатель непосредственного впрыска будет работать стабильно.
Кроме того — «плюсуем» психологию русской Души, когда «ездим до упора», пока что-то станет работать «не так» и только после этого едем искать ремонтную мастерскую и бросаем клич по Форумам: «Памагите!».
А надо бы просто сделать: вовремя и регулярно проводить техническое обслуживание своего автомобиля.
Но еще никому и никогда  в нашем мире не удавалось переломить русское «авось»…

Что бы иметь на двигателе свечи зажигания «правильного» цвета, для начала надо отстроить всю систему управления двигателем, привести ее к исходным, заданным еще на заводе изготовителе параметрам.

Продолжение следует…

Владимир Петрович Кучер

Книги по ремонту автомобилей

Система впрыска топлива бензиновых (инжекторных) и дизельных двигателей

Содержание статьи

В современных автомобилях в бензиновых силовых установках принцип работы системы питания схож с тем, который применяется на дизелях. В этих моторах она разделена на две – впуска и впрыска. Первая обеспечивает подачу воздуха, а вторая – топлива. Но из-за конструктивных и эксплуатационных особенностей функционирование впрыска существенно отличается от применяемого на дизелях.

Отметим, что разница в системах впрыска дизельных и бензиновых моторов все больше стирается. Для получения лучших качеств конструкторы заимствуют конструктивные решения и применяют их на разных видах систем питания.

Устройство и принцип работы инжекторной системы впрыска

Второе название систем впрыска бензиновых моторов – инжекторная. Основная ее особенность заключается в точной дозировке топлива. Достигается это путем использования в конструкции форсунок. Устройство инжекторного впрыска двигателя включает в себя две составляющие – исполнительную и управляющую.

В задачу исполнительной части входит подача бензина и его распыление. Она включает в себя не так уж и много составных элементов:

1. Бак.
2. Насос (электрический).
3. Фильтрующий элемент (тонкой очистки).
4. Топливопроводы.
5. Рампа.
6. Форсунки.

Но это только основные компоненты. Исполнительная составляющая может в себя включать еще ряд дополнительных узлов и деталей – регулятор давления, систему слива излишков бензина, адсорбер.

В задачу указанных элементов входит подготовка топлива и обеспечение его поступления к форсункам, которыми и осуществляется их впрыскивание.

Принцип работы исполнительной составляющей прост. При повороте ключа зажигания (на некоторых моделях – при открытии водительской двери) включается электрический насос, который качает бензин и заполняет им остальные элементы. Топливо проходит очистку и по топливопроводам поступает в рампу, которая соединяет собой форсунки. За счет насоса топливо во всей системе находится под давлением. Но его значение ниже, чем на дизелях.

Открытие форсунок осуществляется за счет электрических импульсов, подаваемых с управляющей части. Эта составляющая системы впрыска топлива состоит из блока управления и целого комплекта следящих устройств – датчиков.

Эти датчики отслеживают показатели и параметры работы – скорость вращения коленчатого вала, количества подаваемого воздуха, температуры ОЖ, положения дросселя. Показания поступают на блок управления (ЭБУ). Он эту информацию сравнивает с данными, занесенными в память, на основе чего определяется длина электрических импульсов, подаваемых на форсунки.

Электроника, используемая в управляющей части системы впрыска топлива, нужна, чтобы высчитать время, на которое должна открыться форсунка при том или ином режиме работы силового агрегата.

Виды инжекторов

Но отметим, что это общая конструкция системы подачи бензинового мотора. Но инжекторов разработано несколько, и каждая из них обладает своими конструктивными и рабочими особенностями.

На автомобилях применяются системы впрыска двигателя:

• центрального;
• распределенного;
• непосредственного.

Центральный впрыск считается первым инжектором. Его особенность заключается в использовании только одной форсунки, которая впрыскивала бензин во впускной коллектор одновременно для всех цилиндров. Изначально он был механическим и никакой электроники в конструкции не использовалось. Если рассмотреть устройство механического инжектора, то она схожа с карбюраторной системой, с единственной разницей, что вместо карбюратора использовалась форсунка с механическим приводом. Со временем центральную подачу сделали электронной.

Сейчас этот тип не используется из-за ряда недостатков, основной из которых — неравномерность распределения топлива по цилиндрам.

Распределенный впрыск на данный момент является самой распространенной системой. Конструкция этого типа инжектора расписана выше. Ее особенность заключается в том, что топливо для каждого цилиндра подает своя форсунка.

В конструкции этого вида форсунки устанавливаются во впускном коллекторе и располагаются рядом с ГБЦ. Распределение топлива по цилиндрам дает возможность обеспечить точную дозировку бензина.

Непосредственный впрыск сейчас является самым совершенным типом подачи бензина. В предыдущих двух типах бензин подавался в проходящий поток воздуха, и смесеобразование начинало осуществляться еще во впускном коллекторе. Этот же инжектора по конструкции копирует дизельную систему впрыска.

В инжекторе с непосредственной подачей распылители форсунок располагаются в камере сгорания. В результате компоненты топливовоздушной смеси здесь запускаются в цилиндры по отдельности, и уже в самой камере они смешиваются.

Особенность работы этого инжектора заключается в том, что для впрыскивания бензина требуется высокие показатели давления топлива. И его создание обеспечивает еще один узел, добавленный в устройство исполнительной части – насос высокого давления.

Системы питания дизельных двигателей

И дизельные системы модернизируются. Если раннее она была механической, то сейчас и дизеля оснащаются электронным управлением. В ней используются те же датчики и блок управления, что и в бензиновом моторе.

Сейчас на автомобилях применяется три типа дизельных впрысков:

1. С распределительным ТНВД.
2. Common Rail.
3. Насос-форсунки.

Как и в бензиновых моторах, конструкция дизельного впрыска состоит из исполнительной и управляющей частей.

Многие элементы исполнительной части те же, что и у инжекторов – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы. Но есть и узлы, которые не встречаются на бензиновых моторах – топливоподкачивающий насос, ТНВД, магистрали для транспортировки топлива под высоким давлением.

В механических системах дизелей применялись рядные ТНВД, у которых давление топлива для каждой форсунки создавала своя отдельная плунжерная пара. Такие насосы отличались высокой надежностью, но были громоздкими. Момент впрыска и количество впрыскиваемого дизтоплива регулировалось насосом.

В двигателях, оснащаемых распределительным ТНВД, в конструкции насоса используется только одна плунжерная пара, которая качает топливо для форсунок. Этот узел отличается компактными размерами, но ресурс его ниже, чем рядных. Применяется такая система только на легковом автотранспорте.

Common Rail считается одной из самых эффективных дизельных систем впрыска двигателя. Общая концепция ее во многом позаимствована у инжектора с раздельной подачей.

В таком дизеле моментом начала подачи и количеством топлива «заведует» электронная составляющая. Задача насоса высокого давления — только нагнетание дизтоплива и создание высокого давления. Причем дизтопливо подается не сразу на форсунки, а в рампу, соединяющую форсунки.

Насос-форсунки – еще один тип дизельного впрыска. В этой конструкции ТНВД отсутствует, а плунжерные пары, создающие давление дизтоплива, входят в устройство форсунок. Такое конструктивное решение позволяет создавать самые высокие значения давления топлива среди существующих разновидностей впрыска на дизельных агрегатах.

Напоследок отметим, что здесь приводится информация по видам впрыска двигателей обобщенно. Чтобы разобраться с конструкцией и особенностями указанных типов, их рассматривают по отдельности.

Видео: Управление системой впрыска топлива

Одновременный впрыск топлива — КиберПедия

В этом виде впрыска топлива все форсунки открываются и закрываются одновре­менно. Это означает, что время, необходи­мое для испарения топлива, оказывается разным для каждого цилиндра.

Тем не ме­нее, для того чтобы обеспечить эффектив­ное образование топливовоздушной смеси, количество необходимого для сгорания топлива впрыскивается двумя порциями, по одной на каждый оборот коленчатого вала. В этом виде впрыска топливо для не­которых цилиндров, как только впускной клапан открывается, поступает в откры­тый впускной канал. В этом случае момент впрыска топлива не изменяется.

Групповой впрыск топлива

В этом виде форсунки комбинируются с образованием двух групп. При одном по­вороте коленчатого вала одна группа фор­сунок впрыскивает всё количество топ­лива, предназначенное для данных цилин­дров, а при следующем повороте впрыск топлива осуществляется другой группой форсунок.

Такая конфигурация допускает выбор угла опережения впрыска в зависимости от ре­жима работы двигателя. Кроме того, ис­ключается нежелательный впрыск топлива

в открытые впускные каналы. В этом виде время, имеющееся для испарения топлива, также разное для разных цилиндров.

Последовательный впрыск топлива (SEFI)

В этом виде топливо впрыскивается инди­видуально в каждый цилиндр, то есть фор­сунки включаются в работу одна за другой в соответствии с порядком работы цилин­дров. Продолжительность и угол опереже­ния впрыска топлива относительно ВМТ одинаковы для всех цилиндров, а топливо накапливается перед входом в каждый ци­линдр.

Угол опережения впрыска топлива про­граммируется и может быть адаптирован к режиму работы двигателя.

Индивидуальный впрыск топлива в каждый цилиндр (CIFI)

Этот вид впрыска топлива предполагает наибольшую степень свободы проектиро­вания. По сравнению с последовательным впрыском топлива способ CIFI имеет то преимущество, что продолжительность впрыска может быть индивидуально изме­нена для каждого цилиндра. Это позволяет компенсировать отклонения, например, в отношении заряда цилиндров.

 

Рис.5

а — Одновременный впрыск топлива

b — Групповой впрыск топлива

с — Последователь­ный впрыск топ­лива (SEFI)

и ин­дивидуальный впрыск топлива в каждый ци­линдр (CIFI)

 

Непосредственный впрыск топлива

В двигателях с непосредственным впрыс­ком бензина образование топливовоз-душной смеси происходит в камере сго­рания. Во время такта впуска в цилиндр через открытый впускной клапан посту­пает только воздух, а топливо впрыски­вается специальными форсунками не­посредственно в цилиндры.

Обзор

Требование достижения высокой мощ­ности двигателей при низком расходе топ­лива привело к «реанимации» системы не­посредственного впрыска бензина («re­discovery» — повторному открытию). Ещё в далёком 1937 году был создан авиацион­ный двигатель с механической системой непосредственного впрыска бензина. В 1952 году был создан первый серийный легковой автомобиль «Gutbrod» с механи­ческой системой непосредственного впрыска бензина, а следом за ним в 1954 году «Mercedes SL».

В то время проектирование и изготовление двигателя с непосредственным впрыском бензина было делом очень сложным. Более того, такая технология предъявляла очень высокие требования к используемым мате­риалам. Другой проблемой было обеспече­ние достаточного срока службы двигателя.

Все эти обстоятельства длительное время не допускали прорыва в создании двигате­лей с непосредственным впрыском бен­зина.

Рис. 1

1-Топливный насос высокого давления (ТНВД) 2-Соединенное линией низкого давления топ­лива 3-Линия высокого давления топ­лива 4-Топливный коллектор 5-Форсунки высо­кого давления топлива 6-Датчик высокого давления топ­лива 7-Свеча зажигания 8-Регулятор давле­ния топлива 9-Поршень

Принцип работы

В системах непосредственного впрыска бензина топливо под высоким давлением впрыскивается прямо в камеру сгорания цилиндра двигателя. Следовательно, обра­зование топливовоздушной смеси, подобно дизелям, происходит внутри цилиндра (внутреннее смесеобразование).

Впрыск дизельного топлива

Впрыск дизельного топлива

Magdi K. Khair, Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Целью системы впрыска топлива является подача топлива в цилиндры двигателя с точным контролем момента впрыска, распыления топлива и других параметров.К основным типам систем впрыска относятся насос-форсунка, насос-форсунка и common rail. Современные системы впрыска достигают очень высокого давления впрыска и используют сложные электронные методы управления.

Основные принципы

Назначение системы впрыска топлива

На характеристики дизельных двигателей сильно влияет конструкция их системы впрыска. Фактически, наиболее заметные успехи, достигнутые в дизельных двигателях, явились прямым результатом превосходной конструкции системы впрыска топлива.Хотя основная цель системы — подавать топливо в цилиндры дизельного двигателя, именно то, как это топливо подается, определяет разницу в характеристиках двигателя, выбросах и шумовых характеристиках.

В отличие от своего аналога двигателя с искровым зажиганием, система впрыска дизельного топлива подает топливо под чрезвычайно высоким давлением впрыска. Это означает, что конструкция компонентов системы и материалы должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, чтобы работать в течение продолжительных периодов времени, соответствующих целевым показателям долговечности двигателя.Для эффективной работы системы также необходимы более высокая точность изготовления и жесткие допуски. Помимо дорогих материалов и производственных затрат, системы впрыска дизельного топлива характеризуются более сложными требованиями к управлению. Все эти функции составляют систему, стоимость которой может составлять до 30% от общей стоимости двигателя.

Основное назначение системы впрыска топлива — подавать топливо в цилиндры двигателя. Чтобы двигатель эффективно использовал это топливо:

1. Топливо необходимо впрыскивать вовремя, то есть необходимо контролировать время впрыска и
2. Необходимо подать правильное количество топлива для удовлетворения требований к мощности, то есть необходимо контролировать дозирование впрыска.

Однако для достижения хорошего сгорания недостаточно подавать точно отмеренное количество топлива в нужное время. Дополнительные аспекты имеют решающее значение для обеспечения надлежащей работы системы впрыска топлива, включая:

• Распыление топлива — обеспечение того, чтобы топливо распылялось на очень мелкие частицы топлива, является основной задачей при проектировании систем впрыска дизельного топлива. Маленькие капли гарантируют, что все топливо испарится и участвует в процессе сгорания.Любые оставшиеся капли жидкости плохо горят или выходят из двигателя. В то время как современные системы впрыска топлива способны обеспечивать характеристики распыления топлива, намного превосходящие то, что необходимо для обеспечения полного испарения топлива в течение большей части процесса впрыска, некоторые конструкции систем впрыска могут иметь плохое распыление в течение некоторых коротких, но критических периодов фазы впрыска. Конец процесса закачки — один из таких критических периодов.
• Массовое смешивание —Хотя распыление топлива и полное испарение топлива имеют решающее значение, обеспечение достаточного количества кислорода в испарившемся топливе во время процесса сгорания не менее важно для обеспечения высокой эффективности сгорания и оптимальной производительности двигателя.Кислород поступает из всасываемого воздуха, захваченного в цилиндр, и достаточное количество должно быть увлечено топливным жиклером, чтобы полностью смешаться с имеющимся топливом во время процесса впрыска и обеспечить полное сгорание.
• Использование воздуха —Эффективное использование воздуха в камере сгорания тесно связано с объемным смешиванием и может быть достигнуто за счет комбинации проникновения топлива в плотный воздух, который сжимается в цилиндре, и деления общего количества впрыскиваемого топлива на число струй.Должно быть предусмотрено достаточное количество форсунок, чтобы захватить как можно больше доступного воздуха, избегая при этом перекрытия форсунок и образования зон, богатых топливом, с дефицитом кислорода.

Основное назначение системы впрыска дизельного топлива графически представлено на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Основные функции системы впрыска дизельного топлива

Определение терминов

Для описания компонентов и работы систем впрыска дизельного топлива используется множество специализированных понятий и терминов.Некоторые из наиболее распространенных из них включают [922] [2075] :

Сопло относится к части узла сопла / иглы, которая взаимодействует с камерой сгорания двигателя. Такие термины, как P-тип, M-тип или S-тип сопла, относятся к стандартным размерам параметров сопла в соответствии со спецификациями ISO.

Держатель форсунки или Корпус форсунки относится к части, на которой устанавливается форсунка. В обычных системах впрыска эта часть в основном выполняла функцию крепления форсунки и предварительного натяга игольной пружины форсунки.В системах Common Rail он содержит основные функциональные части: сервогидравлический контур и гидравлический привод (электромагнитный или пьезоэлектрический).

Инжектор обычно относится к держателю сопла и соплу в сборе.

Начало впрыска (SOI) или Время впрыска — время начала впрыска топлива в камеру сгорания. Обычно он выражается в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD) относительно ВМТ хода сжатия.В некоторых случаях важно различать , указанный SOI, и фактический SOI. SOI часто обозначается легко измеряемым параметром, таким как время, в течение которого электронный триггер отправляется на инжектор, или сигнал от датчика подъема иглы, который указывает, когда игольчатый клапан инжектора начинает открываться. Точка в цикле, где это происходит, — это обозначенная SOI. Из-за механического отклика форсунки может быть задержка между указанным КНИ и фактическим КНИ, когда топливо выходит из сопла форсунки в камеру сгорания.Разница между фактическим SOI и указанным SOI заключается в запаздывании инжектора .

Начало поставки. В некоторых топливных системах впрыск топлива согласован с созданием высокого давления. В таких системах начало подачи — это время, когда насос высокого давления начинает подавать топливо в форсунку. Разница между началом подачи и SOI зависит от продолжительности времени, необходимого для распространения волны давления между насосом и инжектором, и зависит от длины линии между насосом высокого давления и инжектора, а также от скорости звука. в топливе.Разница между началом подачи и SOI может обозначаться как задержка впрыска .

Конец впрыска (EOI) — это время в цикле, когда впрыск топлива прекращается.

Количество впрыскиваемого топлива — это количество топлива, подаваемое в цилиндр двигателя за рабочий такт. Часто выражается в мм ³ / ход или мг / ход.

Продолжительность впрыска — это период времени, в течение которого топливо поступает в камеру сгорания из форсунки.Это разница между EOI и SOI и связана с количеством впрыска.

Схема впрыска. Скорость впрыска топлива часто меняется в течение периода впрыска. На рисунке 2 показаны три распространенные формы нормы: пыльник, пандус и квадрат. Скорость открытия и скорость закрытия относится к градиентам скорости впрыска во время открывания и закрывания сопла иглы соответственно.

Рисунок 2 . Общие формы скорости закачки

События множественного впрыска. В то время как обычные системы впрыска топлива используют одно событие впрыска для каждого цикла двигателя, более новые системы могут использовать несколько событий впрыска. На рисунке 3 определены некоторые общие термины, используемые для описания событий множественной инъекции. Следует отметить, что терминология не всегда последовательна. Основной впрыск Событие обеспечивает основную часть топлива для цикла двигателя. Один или несколько впрысков перед основным впрыском, предварительные впрыски , обеспечивают небольшое количество топлива перед событием основного впрыска.Предварительный впрыск может также обозначаться как пилотный впрыск . Некоторые называют предварительный впрыск, который происходит относительно долго до основного впрыска, как пилотный, а тот, который происходит за относительно короткое время перед основным впрыском, как предварительный впрыск. Впрыски после основных впрысков, пост-впрыски, , могут происходить сразу после основного впрыска (, закрытый пост-впрыск ) или относительно долгое время после основного впрыска (, поздний пост-впрыск, ).Пост-инъекции иногда называют после инъекции . Хотя терминология сильно различается, близкая повторная инъекция будет называться повторной инъекцией, а поздняя повторная инъекция — повторной инъекцией.

Рисунок 3 . Множественные события инъекции

Термин разделенный впрыск иногда используется для обозначения стратегий множественного впрыска, когда основной впрыск делится на два меньших впрыска приблизительно равного размера или на меньший предварительный впрыск, за которым следует основной впрыск.

В некоторых системах впрыска топлива могут возникать непреднамеренные последующие впрыски, когда форсунка на мгновение повторно открывается после закрытия. Иногда их называют вторичными впрысками .

Давление впрыска постоянно не используется в литературе. Это может относиться к среднему давлению в гидравлической системе для систем Common Rail или к максимальному давлению во время впрыска (пиковое давление впрыска) в обычных системах.

Основные компоненты топливной системы

Компоненты системы впрыска топлива

За некоторыми исключениями топливные системы можно разделить на две основные группы компонентов:

• Компоненты стороны низкого давления — Эти компоненты служат для безопасной и надежной доставки топлива из бака в систему впрыска топлива.Компоненты стороны низкого давления включают топливный бак, топливный насос и топливный фильтр.
• Компоненты стороны высокого давления —Компоненты, создающие высокое давление, дозирующие и подающие топливо в камеру сгорания. В их число входят насос высокого давления, топливная форсунка и форсунка для впрыска топлива. Некоторые системы могут также включать аккумулятор.

Форсунки для впрыска топлива можно разделить на тип отверстий или дроссельных игл, а также на закрытые или открытые.Закрытые форсунки могут приводиться в действие гидравлически с помощью простого подпружиненного механизма или с помощью сервоуправления. Открытые форсунки, а также некоторые новые конструкции форсунок с закрытыми форсунками могут приводиться в действие напрямую.

Дозирование количества впрыскиваемого топлива обычно осуществляется либо в насосе высокого давления, либо в топливной форсунке. Существует ряд различных подходов к измерению топлива, включая: измерение давления с постоянным интервалом времени (PT), измерение времени при постоянном давлении (TP) и измерение времени / хода (TS).

Большинство систем впрыска топлива используют электронику для управления открытием и закрытием форсунки. Электрические сигналы преобразуются в механические силы с помощью привода определенного типа. Обычно эти исполнительные механизмы могут быть либо электромагнитными соленоидами, либо активными материалами, такими как пьезоэлектрическая керамика.

Основные компоненты системы впрыска топлива рассмотрены в отдельной статье.

###

Процесс сгорания в двигателе с искровым зажиганием с системой двойного впрыска

1.Введение

В настоящее время впрыск является основным решением подачи топлива в двигатели с искровым зажиганием (SI). Системы впрыска топлива отличались разным местом подачи топлива в двигатель. Независимо от сложности системы управления, можно выделить следующие типы систем впрыска топлива:

• впрыск перед дроссельной заслонкой, общий для всех цилиндров — называется Впрыск в корпус дроссельной заслонки — TBI или Одноточечный впрыск — SPI (Рисунок 1 a),

• впрыск в отдельные впускные каналы каждого цилиндра — называется Port Fuel Injection — PFI или Multipoint Injection — MPI (Рисунок 1 b),

• впрыск непосредственно в каждого цилиндра, , с прямым впрыском, — DI (рис. 1 c).

Рисунок 1.

Системы впрыска топлива [1]: а) одноточечный впрыск, б) многоточечный впрыск, в) прямой впрыск; 1 — Подача топлива, 2 — Воздухозаборник, 3 — Дроссель, 4 — Впускной коллектор, 5 — Топливная форсунка (или форсунки), 6 — Двигатель

1.1. Историческая справка о применении систем впрыска топлива в двигателях SI

История применения впрыска топлива в двигателях с искровым зажиганием в качестве альтернативы ненадежным карбюраторам восходит к рубежу 19 и 20 веков.Первая попытка применения системы впрыска топлива для двигателя с искровым зажиганием была предпринята в 1898 году, когда компания Deutz использовала топливный насос ползункового типа в своем стационарном двигателе, работающем на керосине. Также систему подачи топлива первого самолета братьев Райт с 1903 года можно узнать как простую, гравитационную, систему впрыска бензина [2]. Внедрение форсунки Вентури в карбюратор в последующие годы и различные технологические и материальные проблемы привели к сокращению разработки систем впрыска топлива в двигателях с искровым зажиганием на два следующих десятилетия.Желание получить лучшее соотношение мощности и рабочего объема, чем значение, полученное с карбюратором, привело к возврату к концепции впрыска топлива. Это привело к тому, что первые двигатели с впрыском бензина использовались в качестве движущей силы транспортных средств перед Второй мировой войной ^и гг. В авиационной промышленности разработка систем непосредственного впрыска топлива происходила незадолго до и во время Второй мировой войны, ^–, в основном благодаря компании Bosch, которая с 1912 года проводила исследования в области топливных насосов.Первым в мире SI-двигателем с непосредственным впрыском считается силовой агрегат Junkers Jumo 210G, разработанный в середине 30-х годов прошлого века и использованный в 1937 году в одной из модификаций истребителя Messerschmitt Bf-109 [3].

После Второй мировой войны были предприняты попытки использовать впрыск топлива в двухтактные двигатели для уменьшения потерь топлива в процессе продувки цилиндров. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием с механическим впрыском топлива в цилиндр применялись в немецких малолитражках Borgward Goliath GP700 и Gutbrod Superior 600, выпускавшихся в 50-х годах 20 века, но без особого успеха.Четырехтактный двигатель с непосредственным впрыском бензина был впервые применен в стандартной комплектации в спортивном автомобиле Mercedes-Benz 300 SL в 1955 году [4]. Динамичное развитие автомобильной промышленности в последующие годы привело к тому, что проблема загрязнения окружающей среды автотранспортными средствами стала приоритетной. В сочетании с развитием электронных систем и снижением их стоимости это привело к отказу от карбюратора как основного устройства в системе подачи топлива двигателя SI в пользу систем впрыска.Изначально системы впрыска представляли собой упрощенные устройства на базе аналоговой электроники либо с механическим или механико-гидравлическим управлением. В последующие годы вошли в употребление более совершенные цифровые системы впрыска. В настоящее время система впрыска объединена с системой зажигания в одном устройстве, а также управляет вспомогательными системами, такими как изменение фаз газораспределения и рециркуляция выхлопных газов. Электронный блок управления двигателем объединен в сеть с другими модулями управления, такими как ABS, антипробуксовочная система и электронная программа стабилизации.Это необходимо для согласования работы вышеуказанных систем.

Последнее десятилетие 20-го века можно считать окончательным закатом карбюратора, устройства, которое около 100 лет доминировало в топливных системах для двигателей с искровым зажиганием. Также было прекращено производство топливных систем с непрерывным впрыском. Из-за последовательного введения все более строгих стандартов на выбросы выхлопных газов центральные системы впрыска должны были уступить место системам многоточечного впрыска даже в самых маленьких двигателях транспортных средств.В конце 90-х на рынке снова появились автомобили с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива. Это наиболее точный способ подачи топлива. Важное преимущество прямого впрыска состоит в том, что испарение топлива происходит только в объеме цилиндра, что приводит к охлаждению заряда и, как следствие, увеличению объемного КПД цилиндра [5]. В 1996 году японская компания Mitsubishi начала производство двигателя 4G93 GDI объемом 1,8 л для модели Carisma.Новый двигатель имел на 10% больше мощности и крутящего момента и на 20% меньше расхода топлива по сравнению с ранее использовавшимся двигателем с многоточечной системой впрыска. На рис.2 представлено поперечное сечение цилиндра двигателя GDI с вертикальным впускным каналом и вид поршня с головкой с характерной чашей.

Рисунок 2.

Характерные особенности двигателя Mitsubishi GDI 4G93 [6]: а) поперечное сечение цилиндра с заметным движением всасываемого воздуха; б) Поршень с чашей в короне

В последующие годы и другие автомобильные концерны начали применять различные двигатели SI с непосредственным впрыском бензина.Здесь следует упомянуть двигатели D4 Toyota, FSI Volkswagen, HPi Peugeot — группа Citroën, SCi Ford, IDE Renault, CGi Daimler-Benz или JTS Alfa Romeo. Процесс образования однородной и слоистой смеси в двигателе FSI представлен на рисунке 3.

Рисунок 3.

Формирование слоистой и однородной смеси в двигателе FSI (Audi AG)

В 2005 году система впрыска D-4S был представлен Toyota Corporation. Эта система впрыска объединяет функции систем MPI и DI.Для него характерно наличие двух форсунок на каждый цилиндр двигателя. Внедрение такой сложной системы впрыска дает увеличение производительности двигателя и снижение расхода топлива по сравнению с двигателями с обоими типами подачи топлива: многоточечной системой и системой прямого впрыска.

1.2. Система двойного впрыска Toyota D-4S

В августе 2005 года Toyota внедрила инновационную систему впрыска топлива в атмосферный двигатель 2GR-FSE, используемый в спортивном седане Lexus IS350 [7].Этот двигатель отличается очень хорошими характеристиками, умеренным расходом топлива и очень низким уровнем выбросов выхлопных газов. На рынке США Lexus IS350 квалифицируется как автомобиль со сверхвысоким уровнем выбросов [8]. Особенностью двигателя 2GR-FSE является использование двух форсунок на каждый цилиндр. Один из них подает топливо в цилиндр, а второй подает его в соответствующий впускной канал. Расположение форсунок в двигателе показано на рисунке 4.

Рисунок 4.

Поперечное сечение головки блока цилиндров двигателя 2GR-FSE [9]; 1 — топливная форсунка, 2 — форсунка прямого действия

Доля топлива x _DI , подаваемого непосредственно в камеру сгорания, во всей массе топлива зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки.При частичной загрузке масса топлива делится на две топливные системы таким образом, что не менее 30% топлива впрыскивается напрямую, что защищает форсунки прямого действия от перегрева.

На основании анализа процесса сгорания установлено, что для частичной нагрузки двухточечный (на один цилиндр) впрыск топлива вызывает более благоприятное распределение соотношения воздух-топливо в объеме цилиндр, чем в случае, когда вся масса топлива впрыскивается во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндр [10].Смесь более однородная. Только вокруг электродов свечи зажигания он немного обогащается по стехиометрическому составу, что сокращает период индукции и положительно влияет на процесс сгорания. На рисунке 5 показаны результаты измерений распространения фронта пламени в камере сгорания 21 ионизационным датчиком для непрямого впрыска (x _DI = 0), прямого впрыска (x _DI = 1) и 30% массы топлива. впрыскивается непосредственно в цилиндр (x _DI = 0.3).

Рисунок 5.

Распространение фронта пламени для различных долей xDI массы топлива, впрыскиваемого в цилиндр

На Рисунке 6 график доли x _DI массы топлива, впрыснутой непосредственно в цилиндр для была представлена ​​вся карта двигателя 2GR-FSE.

Рисунок 6.

Массовая доля топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр для двигателя 2GR-FSE

• Двигатель работает во всем диапазоне скоростей только с непосредственным впрыском топлива при низкой нагрузке, то есть примерно до 0.28 МПа BMEP (среднее эффективное давление в тормозной системе) и для частоты вращения двигателя выше 2800 об / мин, независимо от нагрузки двигателя. Как было сказано выше, в остальной части карты топливо разделено между двумя системами впрыска: прямым и многоточечным.

Применение такой сложной системы впрыска топлива, помимо улучшения кривой крутящего момента, снижает расход топлива двигателем. Карта расхода топлива двигателя 2GR-FSE с отмеченной точкой на наименьшем удельном расходе топлива представлена ​​на рисунке 7.

Рисунок 7.

Карта расхода топлива 2GR-FSE

• Анализируя рисунки 6 и 7, можно заметить, что область карты расхода топлива двигателя с наименьшим удельным расходом топлива, т.е. ≤ 230 г / кВтч, была получена с двойной впрыск топлива. Вышеуказанное значение удельного расхода топлива соответствует общему КПД двигателя, равному 0,356. На современном этапе развития двигателей внутреннего сгорания этот результат можно считать очень хорошим, тем более, что он был достигнут со стехиометрической смесью, без расслоения, свойственного двигателям, работающим на бедных смесях.Использование двух форсунок на цилиндр также позволило удалить дополнительную заслонку, закрывающую один из впускных каналов, используемых в системе Д-4 [11] для каждого цилиндра при работе двигателя на малых оборотах. Удаление заслонки также положительно сказывается на улучшении объемного КПД двигателя с системой двойного впрыска, особенно для более высоких оборотов при полностью открытой дроссельной заслонке.

Одним из компонентов системы Д-4С, оказавших большое влияние на улучшение образования топливной смеси в цилиндре, был инжектор прямого впрыска топлива, образующий двойной веерообразный поток.Он был разработан специально для двигателя 2GR-FSE. Модификация формы форсунки для используемого двигателя 2GR-FSE приводит к увеличению степени однородности смеси в цилиндре. Пример визуализации распределения воздушно-топливной смеси в поперечном сечении камеры сгорания, выполненной с помощью Star-CD v.3.150A-tool, был показан на рисунке 8.

Рисунок 8.

Сравнение формирования смесь с использованием обычного инжектора и второго, разработанного для системы D-4S

• Распределение соотношения воздух-топливо в камере сгорания для смеси, образованной инжектором нового типа, намного более выгодно.В этом случае заряд цилиндра неоднороден только на границе камеры сгорания. Вблизи электродов свечи зажигания нет нежелательных изменений в составе смеси.

Форсунка прямого впрыска имеет форсунку в виде двух прямоугольных отверстий размером 0,52 х 0,13 мм. Он работает при давлении от 4 до 13 МПа. Расход топлива при давлении 12 МПа составляет 948 см ³ в минуту. С другой стороны, в системе непрямого впрыска использовались форсунки с 12 отверстиями.Форсунки непрямого действия работают при давлении 0,4 МПа. При этом давлении его расход топлива равен 295 см ³ в минуту.

Таким образом, вопрос о двигателях с искровым зажиганием и системой двойного впрыска топлива очень интересен и, что не менее важно, очень актуален. Это происходит в первую очередь из-за возможности снижения выбросов CO ₂ и токсичных выхлопных газов в атмосферу с помощью топливных систем с двойным впрыском. Как следствие, авторы поставили задачу определить влияние применения топливной системы двойного впрыска на параметры работы двигателя с гораздо меньшим рабочим объемом, чем в случае двигателей массового производства.

Целью исследования было оценить влияние распределения топлива в системе подачи с двойным впрыском на ее характеристики и выбросы выхлопных газов в конкретных точках рабочего диапазона двигателя.

2. Объект исследования

• В качестве объекта моделирования и экспериментальных исследований был выбран четырехтактный двигатель с искровым зажиганием типа 2SZ-FE производства Toyota для автомобиля Yaris. Основная часть проделанной работы — стендовые испытания.Имитационные исследования также проводились для понимания явлений, которые не могли быть определены в ходе экспериментальных исследований, например визуализация впрыска и сгорания или образования выбранных компонентов выхлопного газа. В таблице 1 приведены основные технические данные испытуемого двигателя.

9035 Максимальный крутящий момент [Нм] при частоте вращения двигателя [об / мин]

Число цилиндров	четыре, рядные
Камера сгорания	пятиклапанная, 4 клапана на цилиндр
Рабочий объем V ss 3 [дм] 3 [дм]	1.298
Диаметр цилиндра x ход [мм]	72,0 x 79,7
Степень сжатия	10,0
Максимальная выходная мощность [кВт] при частоте вращения двигателя [об / мин]	64, 6000	122, 4200

Таблица 1.

Основные технические данные двигателя 2SZ-FE

По сравнению с исходным двигателем, этот двигатель был значительно переработан.Топливные форсунки высокого давления устанавливались в головку блока цилиндров двигателя, чтобы обеспечить впрыск топлива в камеры сгорания каждого цилиндра. Реализованные форсунки производства Bosch использовались, в частности, в двигателях FSI Volkswagen с непосредственным впрыском бензина. Форсунки устанавливались под углом 68 градусов к вертикальной оси цилиндра, т.е. параллельно оси впускного канала в точке крепления впускного коллектора. Расположение форсунок системы прямой и косвенной подачи топлива представлено на рисунке 9.

Рисунок 9.

Расположение форсунок прямой и косвенной подачи топлива; 1 — Поршень, 2 — Выпускной канал, 3 — Свеча зажигания, 4 — Выпускной клапан, 5 — Впускной клапан, 6 — Непрямая форсунка, 7 — Впускной канал, 8 — Прямая форсунка

Двигатель был установлен на испытательном стенде и соединен с вихретоковым дино. Динамометрический стенд имеет электронную систему измерения и контроля, которую можно подключить к ПК для упрощения сбора данных. Для достижения поставленных целей оригинальный блок управления двигателем был заменен системой управления, которую можно программировать в реальном времени.Такая система имеет возможность управлять системой зажигания, системой впрыска и различными другими системами. Важной особенностью системы является возможность независимого управления временем и синхронизацией впрыска для двух комплектов форсунок и работа в замкнутом контуре с широкополосным датчиком кислорода типа LSU 4.2. Другим устройством, используемым для управления инжектором высокого давления, был пиковый и фиксирующий драйвер, работающий при напряжении около 100 В. Общий вид испытательного стенда представлен на рисунке 10.

Рисунок 10.

Общий вид испытательного стенда [12]; 1 — Двигатель, 2 — ПК, 3 — Программируемая система управления двигателем, 4 — Цифровой осциллограф, 5 — ПК с системой сбора данных, 6 — Привод дроссельной заслонки, 7 — Расход топлива счетчик 8 — Газоанализатор, 9 — Топливный насос высокого давления, 10 — Вихретоковый динамометр

Схема системы подачи топлива показана на рисунке 11. Системы прямого и многоточечного впрыска были разделены на схеме. Система непрямого впрыска была отмечена синим цветом, система прямого впрыска — красным, а элементы, общие для обеих систем, — зеленым.Массовый расход топлива в прямом и косвенном контурах системы впрыска измерялся гравиметрическим расходомером.

Рисунок 11.

Схема топливной системы; 1 — Топливный бак, 2 — Запорный клапан, 3 — Топливный фильтр, 4 — Подкачивающий насос DI, 5 — Электроклапаны для измерения расхода топлива в DI-контуре, 6 — Регулятор низкого давления DI-контура, 7 — Высокое давление насос, 8 — Регулятор высокого давления DI-контура, 9 — Двигатель, 10 — Прямая топливная форсунка, 11 — Распределительная рампа прямых топливных форсунок, 12 — Непрямая топливная форсунка, 13 — Впускная труба, 14 — Распределительная рампа косвенной подачи топлива. топливные форсунки, 15 — манометр DI, 16 — топливный насос MPI, 17 — регулятор давления MPI-контура, 18 — расходомер топлива

3.Экспериментальные исследования

В данной работе представлены результаты испытаний двигателя, в ходе которых было изменено распределение топлива между системой непосредственного впрыска и системой распределенного впрыска.

Для каждого испытания поддерживались постоянные моменты впрыска и зажигания, а также стехиометрический состав смеси. Время прямого впрыска было определено в предварительных испытаниях при 281 ° CA перед ВМТ, что означает прямой впрыск топлива во время такта впуска. Также при предварительных испытаниях двигателя давление прямого впрыска топлива было установлено на уровне 8 МПа.Время впрыска для обеих систем подачи топлива было отрегулировано таким образом, чтобы поддерживать стехиометрический состав смеси при различных значениях доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр x _DI .

3.1. Влияние применения системы двойного впрыска на производительность и расход топлива

На основе результатов вышеупомянутых испытаний кривые крутящего момента T и удельного расхода топлива на тормоз BSFC в зависимости от доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр x _DI .На рис. 12 показаны аппроксимированные параболами кривые крутящего момента и удельного расхода топлива, полученные при открытии дроссельной заслонки 13% и частоте вращения двигателя 2000 об / мин.

Рис. 12.

Кривые крутящего момента и удельного расхода топлива в зависимости от доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр xDI, полученные для открытия дроссельной заслонки 13% и частоты вращения двигателя 2000 об / мин

Для случая, показанного в этом Из рисунка видно, что максимальный крутящий момент и минимальный удельный расход топлива были получены для доли топлива, впрыснутой непосредственно в цилиндр x _DI , равной почти 0.4. Результаты, полученные с этим распределением топлива между системой прямого впрыска и системой впрыска в порт, показывают значительные различия, особенно по сравнению с результатами испытаний, полученными, когда все количество топлива впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Кривые крутящего момента и удельного расхода топлива в зависимости от доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр x _DI , полученные при 2000 об / мин и открытии дроссельной заслонки 20%, показаны на рисунке 13.

Рисунок 13.

Кривые крутящего момента и удельного расхода топлива в зависимости от доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр xDI, полученные для открытия дроссельной заслонки 20% и частоты вращения двигателя 2000 об / мин

• Для открытия дроссельной заслонки, равного 20% и частота вращения двигателя 2000 об / мин. Наилучшие результаты по удельному расходу топлива и крутящему моменту наблюдались при соотношении топлива, впрыскиваемом непосредственно в цилиндр, равном 0,62. В описанном случае указанные рабочие параметры двигателя получили значительное улучшение по сравнению с ситуацией, когда все количество топлива впрыскивается во впускные каналы.

На рисунке 14 показаны графики общего КПД двигателя и относительного увеличения общего КПД двигателя Δη _{DI + MPI} для режима двойного впрыска по отношению к работе с непрямым впрыском топлива, разработанные на основе результатов рисунков 12 и Рис. 13. Кривые, показанные на Рис. 14, являются результатом параболической аппроксимации точек, полученных в результате расчетов.

Рисунок 14.

Общий КПД двигателя ηtot и относительное увеличение общего КПД двигателя ΔηDI + MPI для работы с двойным впрыском по сравнению с работой с непрямым впрыском топлива

Общий КПД двигателя определяется по формуле (1).Для расчета была принята теплотворная способность бензина W _d = 44 000 кДж / кг [13].

ηtot = 3,6⋅106BSFC⋅WdE1

Максимальное увеличение общего КПД Δη _{DI + MPI} , показанное на Рисунке 14, составило 4,58% для первого случая и 2,18% во второй контрольной точке. В первом случае наилучшая эффективность работы наблюдалась при доле впрыскиваемого непосредственно в цилиндр топлива, равной 0,62. Во второй ситуации наибольшее улучшение общего КПД двигателя в отношении КПД, полученного при непрямом впрыске топлива, имело место, когда доля топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, равна 0.39.

Анализ результатов показывает, что с помощью системы двойного впрыска можно улучшить крутящий момент, создаваемый двигателем, и, что еще более важно, снизить удельный расход топлива. Это означает повышение общей эффективности.

3.2. Состав выхлопных газов при работе с двойным впрыском

• В ходе описанных выше испытаний двигателя с помощью газоанализатора Arcon Oliver K-4500 были измерены объемные концентрации отдельных компонентов выхлопных газов в выхлопном коллекторе Концентрация окиси углерода CO, двуокиси углерода Были исследованы CO ₂ , оксид азота NO, несгоревшие углеводороды HC и дополнительно температура выхлопных газов t _exh .Общая концентрация углеводородов в выхлопных УВ была преобразована газоанализатором в гексан.

На Рисунке 15, зарегистрированном на скорости 2000 об / мин и при открытии дроссельной заслонки 13%, показаны следы объемных концентраций вышеуказанных химикатов и температуры выхлопных газов в зависимости от доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр.

Рисунок 15.

Температура и объемные концентрации выбранных компонентов выхлопных газов, полученные при 2000 об / мин с открытием дроссельной заслонки 13%

• Анализ Рисунка 15 показывает, что с увеличением доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в В цилиндре концентрация окиси углерода и углеводородов немного увеличивается, а концентрации окиси азота и двуокиси углерода уменьшаются.Также немного снизилась температура газа, выходящего из цилиндров двигателя. Разница между концентрацией NO для впрыска только во впускной канал и только при непосредственном впрыске в цилиндр невелика и составляет примерно 170 ppm. Концентрация УВ для прямого впрыска при аналогичном сравнении увеличивается несколько больше, но не достигает особо высокого значения — примерно 290 ppm.

• На следующем рисунке 16 показаны записанные при скорости 2000 об / мин и открытии дроссельной заслонки 20% следов температуры и концентраций ранее упомянутых компонентов выхлопных газов.

Рисунок 16.

Графики температуры и концентрации выбранных компонентов выхлопа, полученные при оборотах двигателя 2000 об / мин и открытии дроссельной заслонки 20%

Характер изменения параметров, представленных на рисунке 16, существенно не отличается из наблюдаемых в предыдущем случае.

3.3. Влияние использования системы двойного впрыска на процесс сгорания

Во второй части экспериментальных исследований для частоты вращения двигателя 2000 об / мин, открытия дроссельной заслонки 20% и стехиометрического состава смеси были зарегистрированы формы волны указанного давления.Как и в ранее проведенных исследованиях в этих условиях, угол опережения зажигания составлял 14 ° CA перед ВМТ. Измеренное абсолютное давление во впускном коллекторе составило 0,079 МПа. Давление прямого впрыска было установлено на 8 МПа, а угол начала впрыска составлял 281 ° CA перед ВМТ. Доля топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр в режиме двойного впрыска, равнялась 0,62. Для такого значения был зафиксирован минимум удельного расхода топлива для данных условий.

Испытания проводились для определения различий в процессе сгорания в двигателе для непрямого впрыска топлива и для двойного впрыска с заданной долей топлива, впрыскиваемой непосредственно в цилиндр, что обеспечивает минимальный удельный расход топлива.Для этого использовались оптоэлектронный датчик давления Optrand C82255-SP, прикрепленный к специально подготовленной свече зажигания, и угловой инкрементальный энкодер Omron E6B-CWZ3E. Данные с обоих датчиков записывались с помощью портативного ПК с картой National Instruments DAQCard-6062, работающей с приложением, созданным в среде LabView.

Индикаторные диаграммы, полученные для работы только с непрямым впрыском и с использованием системы двойного впрыска, показаны на Рисунке 17.

Рисунок 17.

Сравнение закрытых индикаторных диаграмм для непрямого впрыска и для двойного впрыска с 62% топлива, впрыскиваемым непосредственно в цилиндр, частота вращения двигателя 2000 об / мин, открытие дроссельной заслонки 20%

Увеличенная площадь поверхности графика, отображающего положительную работу цикла двигателя. Пиковое давление сгорания достигло значения 4,23 МПа при 21 ° CA после ВМТ с непрямым впрыском и 4,60 МПа при 19,5 ° CA после ВМТ в режиме двойного впрыска.Таким образом, пиковое давление сгорания при двойном впрыске выше на 0,37 МПа по сравнению с результатом, полученным для впрыска только во впускные каналы. Для более точного определения различий, возникающих по ходу индикаторных диаграмм, указанное среднее эффективное давление IMEP было рассчитано на основе записанных данных соответственно для двух случаев. Применялся метод численного интегрирования соответствующих участков графиков рисунка 17. Для обеспечения повышенной точности использовался метод трапеций.

Среднее эффективное давление торможения BMEP было определено по формуле (2) для обеих рассматриваемых топливных систем:

BMEP = π⋅τ⋅T500⋅VssE2

Однако на основе уравнения (3) можно было рассчитать тепловой КПД двигателя в обоих случаях:

ηпор = NiNc = 30⋅IMEP⋅Vss⋅nGe⋅WdE3

Результаты расчетов среднего эффективного давления в тормозной системе, теплового КПД двигателя и указанного среднего эффективного давления представлены в таблице 2.

	xDI = 0 (MPI)	xDI = 0.62 (MPI + DI)	Увеличение от xDI = 0, [%]
BMEP [МПа]	0,745	0,769	3,22
9018 9018 9018 9018
9018 9018 9018 IMEP [МПа	0,955	2,585
Тепловой КПД η тр [-]	0,395	0,410	3,797

Таблица 2.

Сравнение показателей работы двигателя при многоточечном впрыске топлива и с двойным впрыском топлива

Используя систему двойного впрыска около 2.Было достигнуто увеличение указанного среднего эффективного давления на 6% и увеличение теплового КПД примерно на 3,8% по сравнению с закачкой только во впускные каналы. Эти значения аналогичны значениям, полученным при соответствующем сравнении удельного расхода топлива для рассматриваемых условий работы двигателя. На основании этого можно сделать вывод, что увеличение указанного среднего эффективного давления и теплового КПД показывает улучшенную эффективность сгорания смеси, приготовленной с помощью системы двойного впрыска.Этот факт можно объяснить тем, что моделирование усиливает турбулентность заряда, когда часть топлива впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Последним показателем в этой части анализа индикаторных диаграмм является скорость подъема давления dp _c / dα. Кривая зависимости этого параметра от угла поворота коленчатого вала показана на Рисунке 18 для ключевой части индикаторной диаграммы. Скорость повышения давления была принята в качестве основного индикатора возможности возникновения детонационного горения.

Рисунок 18.

Скорость повышения давления как функция угла поворота коленчатого вала, полученная для обеих рассматриваемых топливных систем

• Анализ результатов показывает увеличение скорости повышения давления в случае двойного впрыска. топлива. Пиковая скорость повышения давления составила 0,181 МПа / ° СА для впрыска топлива во впускные каналы и 0,253 МПа / ° СА для двойного впрыска топлива. Увеличение скорости повышения давления не является благоприятным явлением, поскольку оно обеспечивает повышенную нагрузку на коленчатый вал, однако значение, полученное для системы двойного впрыска, не является высоким.Следует отметить, что возникновение детонации в двигателе с искровым зажиганием характеризуется возникновением пиковых скоростей повышения давления, обычно превышающих 0,5 МПа / ° CA [14].

Второй этап анализа диаграмм давления в цилиндрах, полученных для обеих топливных систем, был сфокусирован на выявлении процесса сгорания смеси. Применен метод анализа индикаторной диаграммы, позволяющий определить массовую долю сгоревшего (MFB) в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала.Этот метод широко описан, среди прочего, в [15].

На рис. 19 показаны кривые зависимости массовой доли сожженного топлива от угла поворота коленчатого вала, полученные для обеих топливных систем. На рисунке 26 линии ординат, соответствующие массовой доле сожженного в цилиндре 0,1 и 0,9, выделены жирным шрифтом. Указанные значения важны из-за процесса сгорания.

Рисунок 19.

Массовая доля сгоревшего заряда цилиндра как функция угла поворота коленчатого вала для MPI — подачи топлива и для двойного впрыска топлива (описание в тексте)

Величина угла распространения пламени равна определяется моментом, в который массовая доля сгорания равна 10%, по формуле (4):

Угол быстрого горения Δα _s определяется по формуле (5), как разность между углом 90% массовая доля сгоревшего — α _90% и угол сгорания 10%, массовая доля сгоревшего — α _10% .

• Значения углов, характеризующих процесс сгорания, которые были указаны на рисунке 26, были приведены в таблице 3 соответственно для непрямого впрыска топлива и для двойного впрыска с 62% долей топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр.

0. 50162DI [° CA] % массовая доля сожженного

Нет	Угол	Символ	MPI [° CA]	Отличие от MPI [° CA]
1	Зажигание	α ign	346	346	18 0	α 10%	363	362,5	-0,5
3	90% массовая доля сожженного	α 90%	-23 384,3 903,49
4	Распространение пламени	Δα r	17	16,5	-0,5
5	Быстрое горение			905 18 905 18 905 18 905 18 905 18 902 2,4
6	Полное сгорание	Δα o	38,3	35,4	-2,9

Таблица 3.

Значения углов, характеризующих процесс горения в случае

при двойном впрыске угол распространения пламени уменьшен с 17 до 16.5 ° CA, и, что более важно, угол быстрого горения уменьшился с 21,3 до 18,9 ° CA. Угол полного сгорания Δα _o , который является суммой двух вышеупомянутых, достиг значений, соответственно, 38,3 ° CA при непрямом впрыске топлива и 35,4 ° CA при двойном впрыске топлива. Это дает уменьшение угла, под которым происходит наиболее важная часть процесса сгорания, на 2,9 ° CA, т.е. примерно на 7,6%. Это, несомненно, является причиной увеличения указанного среднего эффективного давления IMEP и теплового КПД η _th , которые анализировались выше.Сгорание смеси за более короткое время приводит к меньшим тепловым потерям, возникающим в гильзе цилиндра, поскольку в этом случае часть гильзы цилиндра, контактирующая с горячим зарядом, имеет меньшую площадь поверхности.

На рисунке 20 показаны зависимости скорости сгорания заряда dMFB / dα от угла поворота коленчатого вала для двух топливных систем. Скорость сгорания заряда была получена путем дифференцирования массовой доли сгоревшего MFB, показанной на рисунке 19, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Рисунок 20.

Скорость горения заряда dMFB / dα в зависимости от угла поворота кривошипа для обеих систем впрыска

Скорость горения заряда в большей части периода быстрого горения достигнута выше значения средних 0,54% массы сгоревшего заряда на 1 ° CA для двойного впрыска топлива. Абсолютная разница в скорости сгорания заряда, полученная при двойном впрыске топлива, достигает максимального значения 1,76% от массы на 1 ° CA при 373.5 ° CA. Во второй части периода быстрого горения с непрямым впрыском топлива процесс протекает более интенсивно, но наибольшее влияние на повышение теплового КПД двигателя оказывает увеличение скорости сгорания заряда на первой стадии процесса, т.е. до достижения 50% массовой доли сгорел [16].

Таким образом, приведенные выше соображения представляют собой подтверждение положительного влияния использования системы двойного впрыска на процесс сгорания для предполагаемых условий работы двигателя.Результатом такого взаимодействия является улучшение показателей работы двигателя, таких как, среди прочего, Указанное среднее эффективное давление IMEP и тепловой КПД η _th , значения которых имеют прямое влияние на общий КПД двигателя η _до .

4. Моделирование работы тестового двигателя КИВА-3В 2SZ-FE

Проведенное моделирование было направлено на определение и сравнение различий в процессе сгорания в цилиндрах двигателя, работающего с порто- и сдвоенным двигателем. -впрыск топлива в условиях, аналогичных имеющимся при экспериментальных исследованиях.

Для определения явлений, происходящих в цилиндре, было проведено компьютерное моделирование в программе KIVA-3V. Используемая для трехмерного моделирования процессов в двигателях внутреннего сгорания программа КИВА-3В учитывает физико-химические явления, возникающие при формировании смеси и ее сгорании [17,18]. Программа учитывает движение капель топлива и их распыление в воздухе с использованием стохастической модели впрыска.

КИВА-3В имеет возможность моделировать работу двигателя на разных видах топлива.В описываемой работе в качестве топлива использовался углеводород с химической формулой C ₈ H ₁₇ . Можно видеть сходство с октаном (C ₈ H ₁₈ ), однако это вещество имеет более сопоставимые пропорции углерода и водорода в молекуле с бензином, чем октан. Поэтому его можно рассматривать как особый вид однокомпонентного бензина. Топливо C ₈ H ₁₇ окисляется по реакции (7).

4C8h27 + 49 O2 → 32 CO2 + 34 h3OE7

Окисление топлива, описываемое химическим уравнением (1), представляет собой базовую химическую реакцию, которая происходит во время моделирования в программе KIVA-3V.Остальные процессы, важные для моделирования, происходят в соответствии с формулами (8) — (10).

N + OH → H + NOE10

Набор реакций (2) — (4) описывает так называемый тепловой механизм образования оксида азота, который происходит при высоких температурах, например в условиях, происходящих в камере сгорания двигателя. От имени русского ученого Якова Борисовича Зельдовича, описавшего этот механизм, в литературе его часто называют расширенным механизмом Зельдовича.

Подготовка к моделированию включала создание сетки одного из цилиндров двигателя и модификацию исходного кода KIVA-3V, чтобы можно было моделировать работу с обоими топливными форсунками одновременно, что в базовой версии программы невозможно. Расчетная сетка была построена на основе результатов предыдущих положительно проверенных решений в этом вопросе. Сетка состоит из цилиндра 35 горизонтальных слоев. 21 слой равной толщины приходится на 81% хода поршня, начиная с нижней мертвой точки.Остальные 14 слоев вокруг верхней мертвой точки были сконцентрированы для получения более выгодных условий моделирования процесса горения, который там происходит (камера сгорания). Сетка цилиндра имеет размеры в поперечном сечении соответственно 38 x 34. Она дает вместе около 45000 ячеек во всем объеме цилиндра.

Использованная в исследовании модель двигателя была разработана на основе имеющихся технических данных двигателя 2SZ-FE. Размеры, необходимые для создания решетки, особенно головки цилиндров и подъема клапанов, были получены путем прямого измерения элементов модифицированного двигателя.

4.1. Начальные и граничные условия для моделирования

В обоих моделированиях с непрямым впрыском топлива и двойным впрыском топлива в обоих условиях моделирования, таких как происходящие во время исследования, результаты которого представлены на рисунке 14, были сохранены. В случае моделирования двигателя с двойным впрыском топлива все количество топлива было разделено между системами непрямого и прямого впрыска, так что доля прямого впрыска x _DI была равна 0.62. При этой доле двигатель получил наилучшее значение общего КПД. Список важнейших допущений и подмоделей, использованных при моделировании, был представлен в таблице 4, соответственно, для непрямого и двойного впрыска топлива.

Коллектор Стоич. .079 МПа Модель перегородки

Параметр / Подмодель	MPI	DI + MPI
Состав смеси
Частота вращения двигателя	2000 об / мин
Открытие / закрытие впускного клапана	4 ° CA до ВМТ / 46 ° CA после НМТ
Масса топлива, впрыснутого во впускной канал	0,01610 г / цикл	0,01061 г / цикл
Масса топлива, впрыснутого в цилиндр	—	0,00600 г / цикл
Полная масса топлива	0,01610 г / цикл	0.01661 г / цикл
Начало впрыска во впускной канал	360 ° CA перед ВМТ
Начало впрыска в цилиндр	—	281 ° CA перед ВМТ
Угол зажигания	14 ° CA перед ВМТ
Общее время искрового разряда	1,33 мс / 16 ° CA
Абсолютное давление окружающей среды	0,097 МПа
Противодавление в выхлопном канале	0.110 МПа
Температура гильзы цилиндра (постоянная)	450 K
Температура головки блока цилиндров (постоянная)	500 K
Температура днища поршня (постоянная)	530 K
Модель впрыска топлива	Reitz
Модель дробления капель	Аналогия распада Тейлора
Модель капельного испарения	Spalding
Модель турбулентности	стандарт k-ε
Модель горения	Турбулентное горение при перемешивании
NO образование	расширенный механизм Зельдовича (тепловой)
Модель теплопередачи	Улучшенный закон стены
Количество рассматриваемых химические виды	12

Таблица 4.

Список важнейших допущений и подмоделей, используемых в симуляциях

4.2. Сравнение выбранных результатов моделирования для обеих топливных систем.

На рис. 21 показаны зависимости давления в цилиндре p _c от объема цилиндра в случае непрямого впрыска топлива и при работе с системой двойного впрыска.

Рисунок 21.

Кривые давления в цилиндре в зависимости от объема цилиндра для обеих топливных систем: MPI и DI + MPI

На рисунке 22 показано изменение массы топлива в зависимости от угла поворота коленчатого вала. для обеих рассмотренных систем впрыска.

Рисунок 22.

Изменение массы топлива в зависимости от угла поворота коленчатого вала для работы двигателя с системой двойного впрыска и с впрыском топлива в порт

В случае впрыска топлива только во впускной канал в За рассматриваемый период времени в цилиндре существуют только пары топлива. При использовании системы двойного впрыска топливо, впрыскиваемое непосредственно в цилиндр, полностью испаряется до момента воспламенения. Этот факт представлен на диаграмме достижением нуля кривой зеленого цвета (масса жидкого топлива) и максимумом кривой синего цвета (масса паров топлива), который имеет место примерно на 120 ° CA перед ВМТ, в то время как момент зажигания в моделировании был принят равным 14 ° CA.

Угловой момент заряда K _tot является показателем интенсивности завихрения и турбулентности в цилиндре, которые влияют на интенсивность испарения топлива, его распространение в объеме цилиндра и, следовательно, на скорость пламя распространилось. Следы полного углового момента заряда цилиндра показаны на рисунке 23.

Рисунок 23.

Полный угловой момент заряда Ktot в зависимости от угла поворота коленчатого вала для обеих рассматриваемых топливных систем

. воздействие струи топлива, впрыснутого непосредственно в цилиндр, на заряд.В случае двойного впрыска топлива угловой момент в процессе впуска и сжатия достигает значений больше, чем в случае впрыска топлива только во впускной канал. Усиление турбулентности заряда цилиндра, несомненно, оказывает важное влияние на улучшение процесса сгорания и, таким образом, на увеличение крутящего момента двигателя.

На рисунке 24 массовая доля углеводородов HC, окиси углерода CO и окиси азота NO в цилиндре показана как функция угла поворота коленчатого вала для непрямого впрыска и для двойного впрыска топлива.

Рисунок 24.

Массовая доля HC, CO i NO в цилиндре в зависимости от угла поворота коленвала для обеих систем подачи топлива

На основании анализа графиков, представленных на рисунке 24, можно сделать вывод, что Есть некоторые различия в образовании окиси углерода CO, углеводородов HC и окиси азота NO в зависимости от рассматриваемой системы впрыска. После завершения сгорания в цилиндре двигателя, работающего с непрямым впрыском топлива, CO и NO немного больше, чем в случае, когда количество топлива разделено между двумя системами впрыска.При впрыске топлива двумя форсунками доля несгоревших углеводородов выше, чем при непрямом впрыске. Разница составляет около 80 ppm, так что это не является существенным недостатком.

На рисунке 25 показано распределение массовой доли топлива в продольном сечении цилиндра на такте впуска для каждой рассматриваемой топливной системы.

Рисунок 25.

Распределение массовой доли топлива в продольном сечении цилиндра на такте впуска для непрямого впрыска топлива (а) и для двойного впрыска (б) угол поворота коленвала — 250º CA перед ВМТ

Поток топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр двигателя, хорошо виден на рисунке 25b.

Распределение массовой доли гидроксильных радикалов ОН в продольном сечении цилиндра при угле поворота коленчатого вала 5º перед ВМТ, полученное в результате моделирования для обеих топливных систем, показано на рисунке 26.

Рисунок 26.

Распределение массовой доли гидроксильных радикалов ОН в продольном сечении цилиндра при угле поворота коленчатого вала 5º перед ВМТ, полученным путем моделирования с впрыском топлива в порт (а) и с двойным впрыском топлива (б)

• На основе Анализ рисунка 26 позволяет сделать вывод, что сгорание на начальной стадии происходит значительно быстрее, когда смесь формируется двумя форсунками на цилиндр.

• Распределение температуры в цилиндре при угле поворота коленчатого вала 24 ° после ВМТ представлено на рисунке 27 для обеих рассматриваемых топливных систем.

Рисунок 27.

Распределение температуры в цилиндре под углом поворота коленчатого вала 24 ° после ВМТ для впрыска топлива в порт (а) и двойного впрыска топлива (б)

4.3. Сводка результатов моделирования

Проведенное моделирование двигателя, работающего с впрыском топлива только во впускной коллектор и двойным впрыском топлива, дало следующие выводы:

• Получение при двойном впрыске топлива той же смеси Состав, возникший при непрямом впрыске, требует немного большего количества топлива.Этот факт указывает на улучшение объемного КПД двигателя, работающего с двойным впрыском, в этих условиях моделирования. Такой же эффект был получен при экспериментальных испытаниях,

• Впрыск топлива в цилиндр во время такта впуска вызывает усиление движения заряда. Мера этого процесса — увеличить общий угловой момент заряда на такте впуска. Это благоприятное явление положительно влияет на образование горючей смеси и горение.

• Было замечено, что при двойном впрыске вся масса топлива испаряется на 100 ° CA до момента воспламенения. Следовательно, время, необходимое для создания как можно более однородной смеси в этом случае, сравнительно велико. Этим объясняется несколько повышенный выброс УВ при работе с двойным впрыском топлива в экспериментальных испытаниях.

• Для двойного впрыска топлива пиковое давление сгорания выше примерно на 6% по сравнению со значением давления, полученным для впрыска топлива только во впускной коллектор.Средняя скорость повышения давления dp _c / dα от момента зажигания до достижения пикового давления при двойном впрыске топлива, составляющего 0,16 МПа / ° CA, несколько выше, чем при впрыске топлива в порт — 0,15 МПа. / ° CA. Характер этих отличий очень похож на результаты, полученные на испытательном стенде.

• Цикл двигателя с двойным впрыском топлива характеризуется примерно на 3% более высоким значением указанного среднего эффективного давления, чем для двигателя с многоточечным впрыском топлива.Увеличение ИМЭП также было достигнуто в экспериментах.

В заключение, результаты, полученные в ходе моделирования, стали важным дополнением к результатам экспериментальных испытаний.

5. Выводы

По результатам проведенного рассмотрения можно сделать следующие выводы:

• Результаты расчетной части работы сходятся с результатами экспериментальных исследований. Это подтверждает правильность конструкции модели и указывает на возможность ее дальнейшего использования.

• Благодаря системе двойного впрыска топлива в проанализированных условиях эксплуатации двигателя было получено несколько процентов увеличения общего КПД, что в нынешнем состоянии развития двигателей внутреннего сгорания является важным значением. Этот факт однозначно указывает на желательность проведения исследований по рассматриваемым вопросам.

• Анализ индикаторных диаграмм, зарегистрированных для работы с непрямым впрыском топлива и двойным впрыском топлива, выявил увеличение указанного среднего эффективного давления и улучшение теплового КПД двигателя при двойном впрыске топлива.

• Существенных изменений в составе ОГ вместе с изменением доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндры, не произошло. По сравнению со значениями, полученными для непрямого впрыска топлива, при увеличении доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, происходит снижение концентрации оксида азота с небольшим увеличением концентрации оксида углерода и углеводородов.

• С точки зрения общего КПД оптимальное значение доли топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, увеличивается при увеличении нагрузки двигателя при заданной частоте вращения,

6.Будущее системы двойного впрыска

С учетом результатов описанных выше тестов авторы могут представить темы для дальнейших исследований, связанных с данной темой:

• Анализ применения описанной топливной системы для образования стратифицированных бедных смесей ,

• Изучение влияния применения системы двойного впрыска на рабочие параметры двигателя, сжигающего квазиоднородные бедные смеси,

• Оценка влияния применения формовочной смеси по распылению -управляемая модель по рабочим параметрам двигателя с двойным впрыском топлива

Что касается концепции компании Toyota, то, похоже, у системы впрыска D-4S есть будущее.Помимо упомянутого во введении 2GR-FSE, после 2005 года система D-4S используется в 4,6-литровых двигателях 1UR-FSE, а также в 5,0-литровых двигателях V8 2UR-FSE и 2UR-GSE, устанавливаемых на различные автомобили Lexus [19]. С 2012 года четырехцилиндровый двигатель Subaru с оппозитными поршнями FA20, используемый в автомобилях Toyota GT86 / Scion FS-R и называемый 4U-GSE, также оснащен системой двойного впрыска топлива D-4S.

Сокращения и номенклатура

α — угол поворота коленвала, [°]

α _th — открытие дроссельной заслонки, [%],

ε — скорость рассеивания кинетической энергии турбулентности

α _10% –угол сожженной 10% массовой доли, [º CA]

α _90% –угол сожженной 90% массовой доли, [º CA]

α _ign — угол воспламенения, [º CA]

Δα _o — угол полного сгорания, [º CA]

Δα _r — угол распространения пламени, [° CA]

Δα _с — угол быстрого горения, [° CA]

Δη _{DI + MPI} –повышение общего КПД, [%]

η _th — тепловой КПД двигателя, [-]

η _tot — общий КПД двигателя, [-]

ABS — Антиблокировочная тормозная система,

BDC — нижняя мертвая точка,

BMEP — Среднее эффективное давление тормоза, [МПа]

BSFC — Специальное топливо для тормозов Расход, [г / кВт · ч]

BTDC — до верхней мертвой точки,

CA — угол поворота коленчатого вала,

CGI — стратифицированный впрыск бензина с наддувом — система прямого впрыска Daimler,

D-4 — 4-тактный бензин с прямым впрыском двигатель — непосредственный впрыск топлива Toyota,

D-4S — 4-тактный бензиновый двигатель с непосредственным впрыском Superior version — система двойного впрыска Toyota,

DI – Direct Injection

dMFB / dα — скорость сгорания заряда, [% масс / ° CA]

dp _c / dα — скорость повышения давления, [МПа / °]

FSI — Fuel Stratified Injection — система прямого впрыска Volkswagen,

G _e — топливо расход, [кг / ч]

GDI — Gasoline Direct Injection — система прямого впрыска Mitsubishi,

HC — доля углеводородов, [ppm]

HPi — Haute Pression d’Injection — система прямого впрыска Peugeot — группа компаний Citroën ,

IDE — Сущность прямого впрыска — d система прямого впрыска Renault,

IMEP — указанное среднее эффективное давление, [МПа]

JTS — Jet Thrust Stoichiometric — система прямого впрыска Alfa Romeo,

k — кинетическая энергия турбулентности,

K _to — угловой момент заряда, [г см ² / с]

MFB – Сгоревшая массовая доля, [-]

MPI – Multipoint Injection,

n — частота вращения двигателя, [об / мин]

N _c — тепловой поток от сгорания бензина в двигателе, [кВт]

N _i — указанная мощность, [кВт]

p _c — давление в цилиндре, [МПа]

ПК — персональный компьютер,

PFI — впрыск топлива в порт,

об / мин — оборотов в минуту,

SCi — Smart Charge Injection — система прямого впрыска Ford,

SI — Искровое зажигание,

SPI — одноточечный впрыск,

т _exh –Температура выхлопных газов, [° C]

T — крутящий момент двигателя, [Нм]

TBI — впрыск дроссельной заслонки,

ВМТ — верхняя мертвая точка,

V _c — объем цилиндра, [см ³ ]

V _ss — объем двигателя , [dm ³ ]

W _d — теплотворная способность бензина, [кДж / кг]

x _DI — доля топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндры двигателя в общем количестве топлива, [- ],

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА | Строительство автомобилей

Вы уже знаете о двигателях внутреннего сгорания, которые могут работать на топливе (газе или дизельном топливе), которое необходимо для работы двигателя.Топливо должно поступать в цилиндры двигателя своевременно, поэтому топливная система выполняет эту задачу. Эта статья о типах топливных систем, конструкции топливной системы и о том, как работает топливная система. Рисунки и схемы помогут понять устройство топливной системы.

Назначение топливной системы автомобиля

Топливная система автомобиля предназначена для подачи топлива из топливного бака в цилиндр двигателя. Также эта система обеспечивает хранение и очистку топлива перед подачей в цилиндр.

Базовая топливная система состоит из следующих основных элементов:

1. Топливный бак — это резервуар для хранения топлива. Топливный бак современных автомобилей представляет собой сложную систему, в которую входят следующие элементы: резервуар, топливная горловина, указатель уровня топлива, топливный насос и другие;
2. Система топливопроводов — это трубопроводы, обеспечивающие подачу топлива к другим твэлам;
3. Топливный насос — — устройство, перекачивающее топливо из бака в двигатель; Топливный насос современных систем впрыска создает достаточно высокое давление. Электрические топливные насосы широко используются на современных автомобилях. Насосы для дизельных двигателей бывают двух типов: низкого и высокого давления. Обычно на дизельном двигателе используется насос высокого давления.
4. Фильтр топливный (или фильтры). Существует два типа топливных фильтров, такие как топливный фильтр грубой очистки и фильтр тонкой очистки; Назначение фильтров — очистка топлива от разного рода грязи, пыли и так далее.
5. Устройство впрыска топлива или карбюратор. Устройство для подачи топлива и воздуха для создания топливовоздушной смеси .

Устройство впрыска топлива — — форсунки дизеля или форсунки двигателя . Но топливные форсунки расположены в головном цилиндре в дизельных двигателях и двигателях с непосредственным впрыском топлива. А в инжекторных моторах топливные форсунки во впускной коллектор.

Устройство системы впрыска топлива. Чтобы двигатель работал плавно и эффективно, он должен быть обеспечен правильным количеством топливно-воздушной смеси в соответствии с его требованиями.

Система впрыска топлива состоит из:

1. Топливный бак
2. Топливный насос
3. Топливопровод
4. Топливный фильтр
5. Топливный аккумулятор
6. Распределитель топлива
7. Впускной тракт
8. Впускной коллектор
9. Форсунки

.