ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Принцип работы инжекторного двигателя

Инжекторный двигатель – это довольно сложный механизм, работа которого должна быть хорошо отлажена, чтобы получить от него максимальную производительность.

Центром всей системы является ЭБУ (электронный блок управления).

Он носит много названий, «мозги», «компьютер» и так далее.

По сути да, это компьютер, в который заложено огромное количество таблиц по составу смеси, времени впрыска топлива и прочего.

Например, если обороты двигателя равны 1500, дроссельная заслонка открыта на 10 градусов, а расход воздуха составляет 23 кг, то в цилиндр будет поступать одно количество топлива. Если же вводные параметры изменяются, то и результат будет другим. Если с блоком управления возникают какие-то проблемы, например, слетает прошивка, то все идет прахом, двигатель либо начинает как попало работать, либо и вовсе перестает.

Датчики инжекторного двигателя

Все элементы можно поделить на исполнительные и датчики. 

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)

Этот элемент устанавливается перед воздушным фильтром, прямо на входе. В основе его работы лежит принцип разницы показаний. Так, через две платиновые нити проходит электричество. В зависимости от температуры их сопротивление меняется. Одна из нитей надежно укрыта от потока воздуха, что делает ее сопротивление неизменным. Вторая же охлаждается потоком, и на основании разницы величин, по тем же таблицам, о которых сказано выше, ЭБУ рассчитывает количество воздуха.

Датчик абсолютного давлении и температуры двигателя (ДАД)

Он используется либо в качестве альтернативы, либо вместе с вышеописанным для более высокой точности снятия показаний. Если вкратце, в нем имеется две камеры, одна из которых герметична и имеет внутри абсолютный вакуум. Вторая же камера подсоединяется к впускному коллектору, где создается разрежение во время такта впуска. Между этими камерами имеется диафрагма, а так же пьезоэлементы. Они вырабатывают напряжение при движении диафрагмы. Далее сигнал идет на ЭБУ.

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ)

Если посмотреть на шкив коленвала инжекторного двигателя, то можно рассмотреть на нем гребенку. Она магнитная. По всему периметру установлены зубцы. Всего их должно быть 60 штук, через каждые 6 градусов. Но двух из них нет, они нужны для синхронизации. Датчик положение коленчатого вала имеет в своем составе намагниченный стальной сердечный, а так же медную обмотку. При прохождении зубцов в обмотке возникает индукционный ток, напряжение которого зависит от скорости вращения шкива.

Датчик фаз (ДФ)

Не все двигатели им оснащались раньше, но сейчас его можно встретить практически везде. Он работает по принципу датчика Холла, то есть имеет диск с катушкой, а так же прорезь. Как только прорезь попадает на датчик, выходное напряжение на нем нулевое. Этот момент означает верхнюю мертвую точку такта сжатия первого цилиндра. Нужно это для того, чтобы ЭБУ мог генерировать напряжение для зажигания в нужном цилиндре, а так же контролировать такты. Чтобы, например, форсунка не открылась во время рабочего хода.

Датчик детонации

Он устанавливается на блоке цилиндров инжекторного двигателя. Как только в двигателе возникает детонация, по блоку передается вибрация. Датчик представляет собой пьезоэлемент, который генерирует напряжение, чем сильнее вибрации, тем выше напряжение. Соответственно, ЭБУ на основании его показаний корректирует момент зажигания. Но об этом позже.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)

По сути своей, это обычный потенциометр. Опорное напряжение на нем, как правило, составляет 5 вольт. Так вот, в зависимости от того, на какой угол отклоняется дроссельная заслонка, меняется напряжение на контрольном выводе. Все просто.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)

Этот датчик нужен для определения температуры двигателя. Если на карбюраторном двигателе он нужен просто для включения и выключения электровентилятора, то здесь он представляет собой более сложное устройство. Это термосопротивление, величина которого меняется в зависимости от температуры. Соответственно, меняется и напряжение, при прохождении через него.

Датчик кислорода

Он устанавливается в выхлопной системе, существуют системы с двумя датчиками. Его задача – отслеживать количество свободного кислорода в выхлопных газах. Например, если его слишком много, то это значит, что смесь вся не сгорает, а значит, надо обогатить. Если же кислорода меньше, чем значится в нормативных таблицах ЭБУ, то ее надо обеднить.

Исполнительные элементы

Исполнительные элементы получили свое название за то, что именно они вносят коррективы в работу двигателя. ТО есть, блок управления получает сигнал от датчика, анализирует его, после чего отправляет сигнал на исполнительный элемент.

Топливный насос

Начнем с системы питания. Он установлен в баке и подает топливо в топливную рампу под давлением 3,2 – 3,5 Мпа. Это позволяет гарантировать качественный распыл топлива в цилиндры. Как только повышаются обороты двигателя, повышается и аппетит, а значит в рампу надо подавать большее количество топлива для сохранения давления. Насос начинает вращаться быстрее по команде блока управления. Большинство современных автомобилей, начиная примерно с 2013 года выпуска, оснащаются топливным модулем, который включает в себя насос и встроенный фильтр. Это существенно сказывается на стоимости замены фильтра, потому что менять надо весь модуль. Некоторые производители в инструкциях пишут, что модуль устанавливается на весь срок службы авто, однако не стоит верить, что какой-то фильтр способен проходить больше 2 сезонов.

Форсунка

После того, как топливо прошло всю цепь провода, оно попадает в форсунку, которая дозирует его подачу в цилиндр. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан очень маленького диаметра, который обеспечивает распыл бензина в камеру сгорания. ЭБУ изменяет количество топлива, которое подается, при помощи временных промежутков, пока открыта форсунка. Как правило, это десятые доли секунды.

Регулятор холостого хода (РХХ)

Это тоже электромагнитный клапан, шток которого закрывает воздуховод, проходящий в обход дроссельной заслонки. В зависимости от напряжения, которое на него подает блок управления, он открывает этот самый канал.

Модуль зажигания

В принципе, это та же катушка зажигания, только их здесь четыре. При прохождении тока через первичную обмотку во вторичной коммутируется высокочастотный ток высокого напряжения, который подается на свечу.

Принцип работы инжекторного двигателя

Итак, после того, как мы разобрались в основных узлах инжекторного двигателя, посмотрим, как же он работает. После того как стартер провернул коленчатый вал, ДПКВ сообщил блоку управления, какой цилиндр в каком положении находится. В свою очередь, датчик фаз сообщил о тактах. Блок управления принял эту информацию к сведению и открыл форсунку в том цилиндре, в котором начинается такт впуска. Но открыл ее не просто так, а на строго определенный промежуток времени, который по таблицам соответствует показаниям ДМРВ или ДАД. Так сформировалась рабочая смесь.

Видео: как работает бензиновый инжекторный двигатель внутреннего сгорания

//www.youtube.com/embed/a4amlYFodZs?rel=1&wmode=transparent

После того как здесь такт впуска закончился, начинается сжатие, в это время впуск происходит в другом цилиндре. Здесь же поршень доходит до верхней мертвой точки, о чем говорит ДПКВ и ДФ, соответственно, пора подавать напряжение на модуль зажигания, в нужный цилиндр. Для этого в блоке управления стоит два транзистора, которые берут на себя по два цилиндра.

Дальше, когда взрыв произошел, ЭБУ смотрит на показания датчик детонации и корректирует момент зажигания уже для следующего по ходу цилиндра. Но это еще не все. После этого, когда газы дошли до датчика кислорода, блок управления корректирует состав смеси, а именно, время открывания форсунки, что позволяет максимально эффективно использовать топливо и его сгорание. Если ЭБУ распознает недостаток кислорода, но при этом дроссельная заслонка остается открытой, то приоткрывается регулятор холостого хода.

Прогрев двигателя и датчик температуры двигателя

Этот момент стоит рассмотреть отдельно, скажем так, это небольшое уточнение. Итак, прогревочный режим двигателя никак не связан с показаниями некоторых датчиков, то есть, от них ничего не зависит. В частности, это ДМРВ и ДАД, а так же датчик детонации. В блоке, как уже говорилось, заложены определенные таблицы, их очень много, миллионы. Так вот, во время прогревочного режима ЭБУ работает строго по этим таблицам и никак иначе. Это значит, что если в него прописано соотношение воздуха к топливу 14,1:1, то так оно и будет. Эта цифра является общепринятой нормой для рабочей температуры. Так вот, пока температура двигателя не достигнет той, которая прописана в прошивке блока управления, то прогревочный режим не отключится. После ЭБУ начинает работать по датчикам.

Основные принципы работы инжекторного двигателя

Инжекторная система имеет следующие компоненты:

  1. Топливная форсунка;
  2. Топливная рампа;
  3. Насос;
  4. Сам блок управления;
  5. И небольшая система датчиков.

Подробнее о каждом компоненте:

  • Топливная форсунка является основным компонентом, который и называют инжектором. Она позволяет своевременно подавать топливо и распылять его непосредственно в каждый цилиндр. В основе форсунки лежит простой корпус и электромагнитный клапан, который и осуществляет процесс открытия и закрытия форсунки. Что касается самого распыления, то оно происходит через специальное отверстие, управляемое клапаном.
  • Топливную рампу можно найти в любом современном инжекторном двигателе. Ее главное предназначение состоит в подводе топлива ко всем форсункам. Если говорить просто, то она соединяет все форсунки в единое целое.
  • Что касается топливного насоса, то он просто подает топливовоздушную смесь под давлением, сравнимую с давлением в несколько атмосфер. Без него бы топливо подавалось просто самотеком, как и в карбюраторном двигателе.
  • Мозгом системы является блок управления, который и отдает команды всем форсункам. По сути, это небольшой микроконтроллер, соединенный с большим количеством датчиков, форсунками, топливным насосом, системой зажигания, регулятором холостого хода и другими системами. Его главная задача состоит в сборе всей информации по состоянию двигателя и распределении топлива.
  • Датчики отвечают за измерение основных параметров силовой установки в реальном времени. В основном это расход воздуха, расположение коленвала, образование детонации в цилиндрах, температура, скорость транспортного средства и другое. Также можно встретить датчики, которые определяют включен ли кондиционер, ровная ли дорога и как располагается распределительный вал.

Принцип работы

  1. В силовом агрегате топливная смесь подготавливается вне камеры сгорания при помощи специального устройства. В результате движения поршня вниз определенное количество топлива всасывается в камеру сгорания.
  2. Далее идет основной процесс, так называемый рабочий ход. В это время происходит сжимание топлива и поджигание при помощи искры.
  3. В итоге все топливо сгорает и выделяется огромное количество тепла, которое идет на мощность инжекторного двигателя.
  4. В конце такта поршень движется вверх и открывается выпускной клапан, который и выводит отработавшие газы. Далее приоткрывается впускной клапан, и новая порция топлива поступает в цилиндр.

Данный процесс происходит в течение долгого времени, пока двигатель работает. Специалисты называют такой газообмен четырехтактным. То есть все это происходит за четыре такта:

  1. Впуск;
  2. Сжатие;
  3. Сгорание;
  4. Выпуск.

Чтобы совершить один такой цикл требуется два оборота коленвала. Чтобы потери мощности были минимальны, конструкторы придумали многоцилиндровые системы. Они позволяют выдавать огромное количество тепла и мощности.

В современном мире большую популярность получил четырехтактный инжекторный двигатель, что неудивительно. Дело в том, что он отличается не только техническими характеристиками, но и самими габаритами. В основе данной системы лежит порядок работы цилиндров.

Режимы работы

  1. При холодном пуске топливная смесь очень сильно обедняется. Это случается из-за того, что топливо очень плохо смешивается с воздухом. В результате не происходит того испарения, которое нужно. Такой способ работы двигателя очень сильно вредит деталям. То есть большое количество топлива оседает на стенках цилиндра и выпускных труб;
  2. Если вы заводите авто при низкой температуре, то на начальном этапе требуется очень обогащенная смесь. Для этого нужно подавать большее количество топлива, пока температура в камере сгорания не повысится до нужного значения;
  3. После пуска идет процесс прогрева инжекторного двигателя. Вы знаете, что во время пуска в мороз смесь очень бедная, образуется некая топливная пленка в выпускной трубе. Она исчезает только после достижения очень высокой температуры. В связи с этим топливную смесь нужно очень сильно обогащать;
  4. При частичной нагрузке необходимо поддерживать определенный состав топливовоздушной смеси. Если двигатель инжекторный не оснащен нейтрализатором, то обогащенность должна быть в пределах 1,05 – 1,2;
  5. При полной нагрузке дроссельная заслонка полностью открыта. Поступает большое количество воздуха, что очень хорошо. В этом режиме достигается максимальная мощность и крутящий момент;
  6. Во время ускорения заслона то открывается, то закрывается. В результате этого смесь кратковременно обедняется и происходит ограничение подачи топлива. Для предотвращения такого явления обогащение должно быть меньше 1;
  7. В холостом режиме происходит замедление, автомобиль двигается по инерции. В этом случае подача топлива полностью перекрывается;
  8. Если происходит увеличение высоты, то плотность воздуха уменьшается. Из этого следует, что двигаться в горах очень сложно, топливная смесь будет очень обогащена. Это может привести к трудному пуску силового агрегата и увеличению расхода топлива.

Преимущества и недостатки

  1. Режим работы меняется автоматически, без использования человеческого фактора;
  2. Полностью отсутствует необходимость в ручной настройке;
  3. Двигатель очень экономичный;
  4. Полностью соответствует всем экологическим нормам;
  5. Очень легко запускать в любую погоду, нет потери мощности.

Кончено, без недостатков никуда. О них тоже стоит рассказать:

  1. Довольно высокая стоимость и обслуживание;
  2. Многие детали непригодны к ремонту. То есть их придется полностью выкидывать и менять на новые;
  3. Производить ремонт и обслуживание в домашних условиях практически невозможно. Для этого требуется специальное оборудование и опыт;
  4. Двигатель очень зависим от напряжения сети.

Типы инжекторной системы

Сейчас можно встретить три типа:

  1. Одноточечный впрыск;
  2. Многоточечный впрыск;
  3. Непосредственный впрыск.

Первый является самым простым и очень распространённым. Он не очень сильно начинен электроникой, что приводит к меньшему эффекту. Большим недостатком такой системы является то, что некая часть топлива теряется во время впрыска. То есть топливная смесь подается через форсунку во впускной коллектор, где происходит распределение по цилиндрам.

Следом идет многоточечный впрыск, который позволяет подавать топливо индивидуально в каждый цилиндр. Благодаря этому у вас не будет возникать вопрос: нужно ли прогревать инжекторный двигатель. Что касается самого распределения, то он мощнее и экономичнее. По многочисленным тестам можно увидеть, что мощность увеличивается на 7 процентов. К основным преимуществам можно отнести автоматическую настройку подачи топлива и впрыскивание вблизи клапана.

Непосредственный впрыск используется во многих современных автомобилях. Его особенность состоит в том, что подача топлива происходит непосредственно в каждый цилиндр. Ни одной капли смеси не будет расходоваться впустую. Если у вас возникает вопрос надо ли прогревать двигатель, то ответ очень простой. Это зависит от самого производителя и его рекомендаций. Некоторые рекомендуют прогревать силовой агрегат не очень долго, чтобы не навредить всем деталям. Каждый должен сам ответить на вопрос, надо ли ему прогревать двигатель, изучив рекомендации к своему авто.

Устройство и принцип работы инжектора

На сегодняшний день инжекторный (или, говоря по-научному, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшие карбюраторные двигатели. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

  • Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход;
  • Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов;
  • Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10% за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя;
  • Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси;
  • Легкость пуска независимо от погодных условий.

Виды инжекторных систем

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электрические элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует 3 типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

  1. Центральная;
  2. Распределенная;
  3. Непосредственная.

Центральная (моновпрыск) инжекторная система

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

Распределенная (мультивпрыск) инжекторная система

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У этого инжектора топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска – разновидность распределенной и на данный момент самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она очень сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Виды электронных форсунок

Существует классификация электронных форсунок, основывающихся на способе впрыска топлива. Выделяют такие три разновидности:

  • Электромагнитная. Зачастую характерна для бензиновых ДВС (и с прямым впрыском тоже). Конструкцию нельзя назвать очень сложной, а основными составляющими её частями выступают клапан с иголкой (электромагнитный), сопло. Контроль за работой указанной форсунки выполняется с помощью ЭБУ, обеспечивающего на обмотке клапана напряжение в наиболее подходящий для этого момент.
  • Электрогидравлическая. По большей части используют на дизельных движках. Являет собой электромагнитный клапан, дополненный камерой управления, а также сливным и впускным дросселями. Рабочий принцип этой разновидности форсунок основывается на участии давления самой топливной смеси в любой момент работы. За деятельностью электрогидравлической форсунки следит ЭБУ, именно он отправляет рабочие сигналы электромагнитному клапану.
  • Пьезоэлектрическая. Считается наиболее удачным устройством среди всех представленных, но может работать только на дизельных агрегатах с системой впрыска Common Rail. Основное преимущество этого типа — быстрота реакции, что гарантирует многократную подачу топлива за один полный цикл. В основе работы пьезоэлемента — гидравлический принцип действия (как и в предыдущем варианте), предусматривающий срабатывание поршня толкателя за счёт увеличения длины пъезоэлемента под воздействием электрического сигнала ЭБУ. Количество подаваемого за один раз топлива определяется продолжительностью такого воздействия и давлением топливной смеси в топливной рампе.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип работы инжекторного двигателя

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 53

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) основан на сгорании небольшого количества топлива в ограниченном объеме. При этом высвобождающаяся энергия преобразуется за счет движения поршней в механическую энергию. Дозированное количество топлива обеспечивается карбюратором или специальным устройством – инжектором. Двигатели с такими устройствами называются инжекторными. Рабочий принцип инжекторного двигателя прост – подача в нужный момент времени нужного количества топлива в нужное место.
инжекторный двигательинжекторный двигатель

Как работает ДВС

Чтобы ясно понимать различие между двумя типами силовых устройств, необходимо предварительно коснуться того, как вообще работает ДВС. Существует несколько отличающихся типов, из которых самыми распространенными будут:

  1. бензиновые;
  2. дизельные;
  3. газодизельные;
  4. газовые;
  5. роторные.

Принцип работы мотора лучше всего можно понять на примере бензинового двигателя. Самый популярный из них – четырехтактный. Это означает, что весь цикл преобразования энергии, образующейся при сгорании топлива, в механическую осуществляется за четыре такта.
Устройство двигателя таково, что последовательность выполнения тактов следующая:

  • впуск – заполнение цилиндров топливом:
  • сжатие – подготовка топлива к сгоранию;
  • рабочий ход – преобразование энергии сгорания в механическую;
  • выпуск – удаление продуктов сгорания топлива.

Для обеспечения работы двигателя у каждого из них своя задача. Во время первого такта поршень опускается из верхнего положения до крайнего нижнего, открывается клапан (впускной) и цилиндр начинает заполняться топливно-воздушной смесью. Во втором такте клапана закрыты, а движение поршня происходит от нижнего положения к верхнему, смесь в цилиндре сжимается. Когда он доходит до верхнего положения, на свече проскакивает искра и поджигается смесь.

При ее сгорании образуется повышенное давление, которое заставляет двигаться поршень от верхнего положения к нижнему. После его достижения под действием инерции вращения коленвала поршень начинает двигаться опять вверх, при этом срабатывает выпускной клапан, продукты сгорания топлива выводятся наружу из цилиндра. Когда поршень дойдет до верхнего положения, закрывается выпускной, но зато открывается впускной клапан и весь цикл работы повторяется.

Все описанное выше можно увидеть на видео

О карбюраторе, его достоинствах и недостатках

Здесь необходимо сделать небольшое дополнение. Раз мы рассматриваем бензиновый мотор, то в нем подача бензина в цилиндры двигателя возможна различными способами. Исторически первой была разработана подача и дозировка бензина при помощи карбюратора. Это специальное устройство, которое обеспечивает необходимое количество топливно-воздушной смеси (ТВС) в цилиндрах.
карбюраторкарбюратор
Топливно-воздушной называется смесь воздуха и паров бензина. Она приготавливается в карбюраторе, специальном устройстве, для их смешивания в нужной пропорции, зависящей от режима работы двигателя. Будучи достаточно простым по своему устройству, карбюратор длительное время успешно работал с бензиновым мотором.
Однако по мере развития автомобиля выявились недостатки, с которыми в сложившихся к тому времени условиях уже было трудно мириться разработчикам двигателя. В первую очередь это касалось:

  • топливной экономичности. Карбюратор не обеспечивал экономного расходования бензина при внезапном изменении режима движения машины;
  • экологической безопасности. Содержание в отработанных газах токсичных веществ было достаточно высоким;
  • недостаточной мощности двигателя из-за несоответствия ТВС режиму движения автомобиля и его текущему состоянию.

Чтобы избавиться от отмеченных недостатков был реализован иной принцип подачи топлива в мотор – с помощью инжектора.

Про инжекторные моторы

У них есть еще одно название – впрысковые двигатели что, в общем-то, никоим образом не изменяет сути происходящих явлений. По выполняемой работе впрыск напоминает принцип, реализуемый в работе дизеля. В двигатель в нужный момент через форсунки инжектора впрыскивается строго дозированное количество топлива, и оно поджигается искрой со свечи, хотя при работе дизеля свеча не используется.
форсунки инжекторафорсунки инжектора
Весь цикл четырехтактного ДВС, рассмотренный ранее, остается неизменным. Основное отличие в том, что карбюратор готовит ТВС за пределами двигателя, и она потом поступает в цилиндры, а у инжекторного двигателя последних моделей бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Как это происходит, можно в деталях увидеть на видео

Подобное устройство мотора позволяет решить те проблемы, которые возникают при работе карбюратора. Использование инжектора обеспечивает по сравнению с карбюраторным вариантом следующие преимущества мотору:

  • повышение мощности на 7-10%;
  • улучшение показателей топливной экономичности;
  • снижение уровня токсичных веществ в составе выхлопных газов;
  • обеспечение оптимального количества топлива, зависящее от режима движения автомашины.

Это только основные достоинства, которые позволяет получить инжекторный двигатель. Однако у каждого достоинства есть и свои недостатки. Если карбюраторный мотор чисто механический и его можно отремонтировать практически в любых условиях, то для управления инжекторным требуется сложная электроника и целая система датчиков, из-за чего работы (регламентные и ремонтные) необходимо проводить в условиях сервисного центра.

Устройство впрыска

Если посмотреть, как выглядит устройство ДВС с впрыском вместо карбюратора, то можно выделить:

  • контроллер впрыска – электронное устройство, содержащее программу для работы всех составных узлов системы;
  • форсунки. Их может быть как несколько, так и одна, в зависимости от используемой системы впрыска;
  • датчик расхода воздуха, определяющий наполнение цилиндров в зависимости от такта. Сначала определяется общее потребление, а потом программно пересчитывается необходимое количество для каждого цилиндра;
  • датчик дроссельной заслонки (ее положения), устанавливающий текущее состояние движения и нагрузку на двигатель;
  • датчик температуры, контролирующий степень нагрева охлаждающей жидкости, по его данным корректируется работа двигателя и при необходимости начинается работа вентилятора обдува;
  • датчик фактического нахождения коленчатого вала обеспечивающий синхронизацию работы всех составных узлов системы;
  • датчик кислорода, определяющий его содержание в выхлопных газах;
  • датчик детонации контролирующий возникновение последней, для ее устранения по его сигналам меняется значение опережения зажигания.

датчик кислородадатчик кислорода
Вот примерно так выглядит в общих чертах система, обеспечивающая впрыск топлива, принцип работы должен быть вполне понятен из ее состава и назначения отдельных элементов.

Виды впрысковых систем

Несмотря на достаточно простое описание работы инжекторного мотора, приведенное ранее, существует несколько разновидностей, осуществляющий подобный принцип работы.

Одноточечный впрыск

Это самый простой вариант реализации принципа впрыска. Он практически совместим с любым карбюраторным двигателем, разница заключается в применении впрыска вместо карбюратора. Если карбюратор во впускной коллектор подает ТВС, то при одноточечном впрыске во впускной коллектор впрыскивается через форсунку бензин.

Как и в случае с карбюраторным мотором, при такте впуск двигатель всасывает готовую топливно-воздушную смесь, и его работа практически не отличается от работы обычного двигателя. Преимуществом такого мотора будет лучшая экономичность.
прямой впрыск топливапрямой впрыск топлива

Многоточечный впрыск

Представляет дальнейший этап совершенствования инжекторных моторов. Топливо по сигналам от контроллера подается к каждому цилиндру, но тоже во впускной коллектор, т.е. ТВС готовится вне цилиндра и уже в готовом виде поступает в цилиндр.
В таком варианте реализации принципа инжекторного двигателя возможно обеспечить многие из преимуществ, присущие впрысковому двигателю и отмеченные ранее.

Непосредственный впрыск

Является следующим этапом развития инжекторных двигателей. Впрыск топлива выполняется прямо в камеру сгорания, чем обеспечивается наилучшая эффективность работы ДВС. Итогом такого подхода является получение максимальной мощности, минимального расхода топлива и наилучших показателей экологической безопасности.

Инжекторный ДВС является следующим этапом в развитии бензинового мотора, значительно улучшающий его показатели. В моторах, использующих систему впрыска топлива, возрастает мощность, а также экономическая эффективность их работы, они отличаются значительно меньшим отрицательным влиянием на окружающую среду.

Мне нравитсяНе нравится

Принцип работы инжектора

Устройство и принцип работы инжектора

На сегодняшний день инжекторный двигатель практически полностью заменил устаревшие карбюраторные двигатели.

Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

  • Точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход;
  • Снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов;
  • Увеличение мощности двигателя примерно на 7-10% за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя;
  • Улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси;
  • Легкость пуска независимо от погодных условий.

Виды инжекторных систем

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электрические элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует 3 типа инжекторных систем, различающихся по типу подачи топлива:

  1. Центральная;
  2. Распределенная;
  3. Непосредственная.

Центральная (моновпрыск) инжекторная система

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

Распределенная (мультивпрыск) инжекторная система

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У этого инжектора топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

Система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска – разновидность распределенной и на данный момент самая совершенная.

Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом.

Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она очень сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Принцип работы инжектора

Принцип работы инжектора на автомобилях можно условно поделить на 2 части — механическую составляющую и электронную.

К механической части инжектора относится:

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенную со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Современная форсунка – электромагнитная, в ее основе лежит соленоид. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Основным элементом электронной части является электронный блок, состоящий из контроллера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от всех датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

На основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Конструкция и принцип работы инжектора

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную.

Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры

. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

К механической части инжектора относится:

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей.  Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

  1. Лямбда-зонд . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
  2. Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
  3. Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
  4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
  5. Датчик положения коленчатого вала (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
  6. Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
  7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
  8. Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока.

Принцип работы инжектора на автомобилях

Принцип работы инжектора заключается в том, чтобы подать своевременно в камеры сгорания топливовоздушную смесь.

Это необходимо для нормального функционирования двигателя.

Системой управления корректируется момент подачи напряжения на электроды свечей, чтобы воспламенить эту смесь. Причем эти параметры контролируются системой датчиков, установленных на двигателе.

Электронный блок управления

Для работы любого инжекторного мотора необходим блок управления микроконтроллерного типа.

К нему подключаются:

  1. Исполнительные механизмы при помощи электромагнитных реле.
  2. Датчики через согласующие устройства.

Питание осуществляется от бортовой сети.

Электронный блок состоит из:

  1. Постоянной памяти – она необходима для хранения информации, записи алгоритмов работы.
  2. Оперативной памяти – в нее записывается текущая информация, все данные при выключении зажигания стираются из нее.
  3. Микроконтроллера – он позволяет обрабатывать поступающие сигналы и регулировать работу всех исполнительных механизмов.

В памяти устройства записан алгоритм работы, зависит он от поступающих сигналов с датчиков. Называется этот алгоритм «прошивкой» или «топливной картой».

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

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.

его достоинства, виды, конструктивные особенности

Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену карбюратору. Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.

Немного истории

Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.

Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.

Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.

Что такое инжектор и чем он хорош

Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.

Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:

  1. Экономичность расхода;
  2. Лучший выход мощности;
  3. Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
  4. Легкость пуска мотора при любых условиях.

И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.

Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя

Виды инжекторов

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:

  1. Центральная;
  2. Распределенная;
  3. Непосредственная.
  1. Центральная

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

2. Распределенная

Распределенный впрыск топлива

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа  инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

3. Непосредственная

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Конструкция и принцип работы инжектора

Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

К механической части инжектора относится:

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей.  Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Устройство электромагнитной форсунки

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

  1. Лямбда-зонд . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
  2. Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
  3. Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
  4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
  5. Датчик положения коленчатого вала (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
  6. Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
  7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
  8. Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;

Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Как работает инжекторный двигатель, принцип работы и преимущества

Вместо недавно повсеместно распространенных карбюраторных двигателей сейчас в основном используются инжекторные или впрысковые двигатели. Принцип их работы относительно прост и чрезвычайно экономичен. Однако, чтобы оценить преимущество инжектора, нужно сначала разобраться, почему они пришли на смену карбюраторам.

Карбюратор служит для подачи топлива во впускной коллектор, где оно уже смешивается с воздухом, а оттуда распределяется в камеры сгорания поршней. На подачу и смешивание топлива с воздухом израсходуются силы двигателя — до десяти процентов. Бензин всасывается в коллектор благодаря разнице в давлении в атмосфере и коллекторе, а чтобы поддерживать нужный уровень давления, как раз и расходуются ресурсы двигателя.

Кроме этого у карбюратора есть и масса других недостатков, например, когда через карбюратор проходит слишком много топлива, он просто физически не успевает направить его через узкую горловину в коллектор, в результате чего карбюратор начинает коптить. Если же топливо ниже определенного уровня, то двигатель попросту не тянет и глохнет — знакомая многим ситуация.

Принцип работы инжектора

Инжектор, в принципе, исполняет в двигателе ту же работу, что и карбюратор — подает топливо в камеры сгорания поршней. Однако происходит это не из-за всасывания бензина в коллектор, а методом впрыска топлива через форсунки непосредственно в камеры сгорания или в коллектор, и здесь же происходит смешивание топлива с воздухом.

Мощность инжекторных двигателей в среднем на 10 процентов выше, чем карбюраторных.

Инжекторы делятся на два основных вида:

  • моновпрыск — топливо подается через форсунки в коллекторе, а затем распределяется непосредственно в камеры сгорания;
  • распределенный впрыск — в головке цилиндров имеется форсунка для каждого поршня и смесь топлива с воздухом происходит в камере сгорания.

Инжекторные двигатели с распределенным впрыском являются самыми экономичными и мощными. Подача бензина происходит в момент открытия впускного клапана.

Преимущества инжектора

Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки на двигатель, как только увеличиваются обороты, впрыск производится чаще.

Автомобили с впрысковой системой легче заводятся, увеличивается динамический момент двигателя. Инжектор меньше реагирует на погодные условия, ему не требуется длительное прогревание при минусовых температурах воздуха.

Инжекторы более «дружелюбны» к экологии, уровень выбросов вредных веществ на 50-70 процентов ниже, чем у карбюратора.

Также они более экономны, поскольку топлива расходуется ровно столько, сколько нужно для бесперебойной работы двигателя в данный момент.

Недостатки впрысковых систем

К недостаткам можно отнести тот факт, что для нормальной работы двигателя требуется слаженная работа нескольких электронных датчиков, которые контролируют разные параметры и передают их на главный процессор бортового компьютера.

Высокие требования к чистоте топлива — узкие горлышки форсунок очень быстро будут забиваться, если пользоваться некачественным бензином.

Ремонт обходится очень дорого, а некоторые элементы вообще не подлежат восстановлению.

Как видим, ни одна система не лишена недостатков, однако преимуществ у инжектора значительно больше и именно из-за этого инжекторные двигатели пришли на замену карбюраторным.

Очень наглядное видео, в 3D, о принципе работы инжекоторного двигателя.

В данном видео вы узнаете о принципе работы системы питания инжекторного двигателя.

Загрузка...

Поделиться в социальных сетях

Инжекторная система питания

На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.

Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.

Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).

Устройство ДВС

Основным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.

Устройство системы

Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.

К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:

  • лямбда-зонд;
  • положения коленвала;
  • массового расхода воздуха;
  • положения дроссельной заслонки;
  • детонации;
  • температуры ОЖ;
  • давления воздуха во впускном коллекторе.

Датчики системы инжектора

На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ

Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:

  • бак;
  • электрический топливный насос;
  • топливные магистрали;
  • фильтр;
  • регулятор давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки.

Простая инжекторная система подачи топлива

Как все работает

Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.

Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью.В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).

Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года

Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.

Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.

Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.

К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.

Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.

Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.

Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.

Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.

Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.

Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.

По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.

Виды и типы инжекторов

Инжекторы бывают двух видов:

  1. С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
  2. Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная система непосредственного впрыска).

На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:

  1. Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
  2. Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
  3. Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.

Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.

Обратная связь с датчиками

Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.

Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch

Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.

Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.

На разных режимах обратная связь работает так:

  • Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
  • Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
  • Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
  • Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
  • Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
  • Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.

Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.

Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.

принцип действия (кратко). Принцип реактивного двигателя

Под реактивным понимается движение, при котором от тела с определенной скоростью отделяется одна из его частей. Сила, возникающая в результате такого процесса, действует сама по себе. Другими словами, она даже не имеет ни малейшего контакта с внешними телами.

Реактивное движение в природе

Во время летнего отдыха на юге почти каждый из нас, купаясь в море, встречался с медузами.Но мало кто думал, что эти животные двигаются так же, как реактивный двигатель. Принцип действия такого агрегата может наблюдаться при движении определенных видов морских планктонов и личинок стрекоз. И эффективность этих беспозвоночных часто выше, чем у технических средств.

Кто еще может ясно продемонстрировать, какой реактивный двигатель работает? Кальмар, осьминог и каракатица. Подобное движение выполняют многие другие морские моллюски. Возьмем, к примеру, каракатицу.Она втягивает воду в свою полость жабры и энергично выбрасывает ее через воронку, которая направляется назад или вбок. При этом моллюск способен совершать движения в нужную сторону.

Принцип работы реактивного двигателя можно соблюдать и при перемещении барабана. Это морское животное берет воду в широкую полость. После этого мышцы его тела сокращаются, выталкивая жидкость через отверстие, которое находится сзади. Реакция образующейся струи позволяет молодому человеку двигаться вперед.

Морские ракеты

Но наибольшее совершенство в реактивной навигации достиг все тот же кальмар.Кажется, даже форма самой ракеты скопирована с этого морского обитателя. При движении на низкой скорости кальмар периодически сгибает ромбовидный плавник. Но для быстрого броска он должен использовать собственный «реактивный двигатель». Принцип работы всех его мышц и тела стоит рассмотреть более подробно.

Кальмар имеет своеобразную мантию. Это мышечная ткань, которая окружает его тело со всех сторон. Во время движения животное всасывает в эту мантию большой объем воды, внезапно выбрасывая струю через специальное узкое сопло.Такие действия позволяют кальмару двигаться назад со скоростью до семидесяти километров в час. Во время движения животное собирает в пучок все свои десять щупалец, что придает телу обтекаемую форму. Насадка имеет специальный клапан. Животное поворачивает его с сокращением мышц. Это позволяет моряку менять направление. Роль руля при движениях кальмара играют его щупальца. Он направляет их влево или вправо, вниз или вверх, легко уворачиваясь от столкновений с различными препятствиями.

Существует тип кальмара (stenoteutis), который относится к званию лучшего пилота среди моллюсков. Опишите принцип работы реактивного двигателя - и вы поймете, почему, преследуя рыбу, это животное иногда выпрыгивает из воды, даже попадая на палубы кораблей, плывущих по океану. Как это произошло? Пилот кальмара, находясь в водной стихии, развивает максимальную реактивную тягу для него. Это позволяет ему летать над волнами на расстоянии до пятидесяти метров.

Если мы рассмотрим реактивный двигатель, принцип, какое животное работает, мы можем упомянуть больше? Это, на первый взгляд, мешковатый осьминог. Пловцы не такие быстрые, как кальмары, но в случае опасности даже лучшие спринтеры могут завидовать их скорости. Биологи, изучавшие миграцию осьминога, обнаружили, что они движутся так, как у реактивного двигателя принцип работы.

Животное с каждым потоком воды, выбрасываемым из воронки, делает рывок в два или даже два с половиной метра. В то же время осьминог плавает своеобразным образом - задом наперед.

Другие примеры реактивного движения

В мире растений есть ракеты. Принцип работы реактивного двигателя можно наблюдать, когда даже при очень легком прикосновении «оголенный огурец» отскакивает от ножки с высокой скоростью, одновременно отбрасывая липкую жидкость с семенами. В то же время сам плод пролетает значительное расстояние (до 12 м) в противоположном направлении.

Принцип действия реактивного двигателя можно наблюдать и находясь в лодке. Если тяжелые камни будут выброшены из него в воду в определенном направлении, то он будет двигаться в противоположном направлении.Ракетно-реактивный двигатель имеет такой же принцип работы. Только там вместо камней используются газы. Они создают реактивную силу, которая обеспечивает движение как в воздухе, так и в разряженном пространстве.

Фантастическое путешествие

Человечество давно мечтало о космическом полете. Об этом свидетельствуют работы писателей-фантастов, которые для достижения этой цели предлагали разнообразные средства. Например, герой рассказа французского писателя Эркюля Савинена Сирано де Бержерак достиг луны на железной повозке, над которой постоянно бросали мощный магнит.Знаменитый Мюнхгаузен также достиг той же планеты. Гигантский стебель бобов помог ему совершить путешествие.

Реактивный двигатель использовался в Китае еще в первом тысячелетии до нашей эры. Бамбуковые трубки, наполненные порохом, служили оригинальными ракетами для развлечения. Кстати, проект первой машины на нашей планете, созданной Ньютоном, тоже был с реактивным двигателем.

История RD

Только в 19 в. мечта человечества о космосе начала приобретать конкретные черты. Ведь именно в этом веке русский революционер Н.И. Кибальчич создал первый в мире проект самолета с реактивным двигателем.Все документы были составлены Народным Освободителем в тюрьме, где он оказался после покушения на Александра. Но, к сожалению, 04.03.1981 Кибальчич был казнен, и его идея не нашла практической реализации.

В начале XX в. Идея использования ракет для космического полета была выдвинута русским ученым К.Е. Циолковский. Впервые его работа, содержащая описание движения тела переменной массы в виде математического уравнения, была опубликована в 1903 году.Позже ученый разработал саму схему реактивного двигателя

.

Принципы работы двигателя

Двигатели работают на циклах. За один цикл работы двигателя выполняются четыре такта поршня. Есть два внешних хода в направлении коленчатого вала и два внутренних хода в сторону от коленчатого вала.

Когда поршни находятся в конце хода от коленчатого вала (внутренний ход), это верхняя мертвая точка (ВМТ). Когда поршень находится в конце хода наружного хода (в направлении коленчатого вала), это является нижней мертвой точкой (BDC). Перемещение поршня от ВМТ до ВМТ - это ход двигателя.

Четыре такта в цикле двигателя внутреннего сгорания: впуск, сжатие, мощность и выхлоп.

Впуск. Во время такта впуска поршень перемещается в BDC, и впускной клапан открывается. Это движение поршня втягивает смесь воздуха и топлива в цилиндр (в дизеле это движение поршня затягивает только воздух).

Сжатие. Когда поршень достигает BDC, он движется к головке цилиндров (движение внутрь). Клапаны не открываются, и поршень сжимает топливную смесь между поршнем и головкой цилиндров (в дизеле поршень сжимает только воздух).

Мощность. Когда поршень достигает ВМТ, электрическая искра зажигает топливную смесь в камере сгорания бензинового двигателя (в дизельном двигателе высокая температура сжатого воздуха зажигает топливо).

Когда топливовоздушная смесь горит, она движет поршень с большой силой.

В дизельных двигателях более высокое давление, и из-за этих давлений дизельные двигатели имеют более тяжелые поршневые пальцы, шатуны и коленчатые валы, чем бензиновые двигатели.

Выхлоп. Ход выхлопа происходит, когда поршень движется вверх. Выпускной клапан открывается, и поршень вытесняет газы. Новый цикл начнется в цилиндре.

Из-за четырехтактных двигателей мы называем этот двигатель четырехтактным двигателем. Четырехтактный двигатель с искровым зажиганием является наиболее распространенным типом двигателя внутреннего сгорания.

НАЗНАЧЕНИЕ

РАСПИСАНИЕ
Инженерное обучение

ЛИСТ НАЗНАЧЕНИЯ

ТЕОРИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Присвоение ведомости № 60B-103

ВВЕДЕНИЕ

Базовый дизель или двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель. Химическая энергия превращается в механическую энергию внутри цилиндра. В других типах тепловых двигателей (например, в котлах) энергия, вырабатываемая топливом, сначала передается в пар, а энергия в паре преобразуется в работу (в турбинах), которая затем преобразуется в энергию вала, которая используется для вращения генераторов, редукторы и другое оборудование.

УРОКИ ТЕМАТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ ЦЕЛЯМ

Цель терминала:

6.0 ОПИСАТЬ принципы, конструкцию, функционирование, компоненты, системы управления и контроля, а также работу дизельной силовой установки и связанных с ними вспомогательных вспомогательных систем. (JTI: A)

Включающие цели:

6.1 СРАВНИТЬ и КОНТРАСТИТЬ бензиновый двигатель с дизельным двигателем.

6.2 Определите следующие термины применительно к дизельным двигателям:

а.Компрессионное зажигание

б. Степень сжатия

в. Цикл

д. Водоизмещение

эл. Четырехтактный цикл

ф. Мощность (л.с.)

г. IDC / ODC (оппозитный поршневой двигатель)

ч. Внутреннее сгорание

я Домкрат

й. RPM

к. Инсульт

л. TDC / BDC

м Сроки

n. Двухтактный цикл

o. Клапан плеть

6.3. Определите следующие термины, используемые в воздушной системе дизельного двигателя:

а.Выпускной ход

б. Ход впуска

в. Безнаддувный

д. Очистка

эл. Наддув

ф. Турбонаддув

6.4 Укажите следующие термины, используемые в системах смазки и охлаждения дизельного двигателя:

а. Охладитель (теплообменник)

б. Давление

в. Перепад давления

д. Тепловое расширение

эл. Водяная рубашка

ф. Вязкость

г.Обработка охлаждающей жидкости

6.5. Определите следующие термины, используемые в топливных системах дизельных двигателей:

а. Распыление

б. Сжигание

в. Детонация

д. Топливный стук (дизельный стук)

эл. Впрыск топлива

ф. Задержка зажигания (задержка)

г. Предгорание

ч. Грунтовка

я Турбулентность

6.6 СОСТОЯНИЕ функции каждой из следующих основных частей / узлов дизельного двигателя:

а.Привод аксессуаров

б. Блок

в. Распредвал

д. Шатун

эл. Картер

ф. Подшипники коленчатого вала

г. Коленчатый вал

ч. Головка блока цилиндров

я Гильзы цилиндров

й. Механизм привода

к. Коллектор (впуск / выпуск)

л. Поршень

м Масляный поддон / поддон картера

n. Клапаны (впускные / выпускные)

o. Маховик

р. Упорные подшипники

кв.Инспекционные чехлы

р. Взрыв покрывает

с. Шатунные подшипники

т. Поршневое / запястное кольцо

ед. Поршневые кольца

В. Подшипники распредвала

Вт Насосы навесные

х. Топливные инжекторы

г. Турбокомпрессор

з. Топливная рейка

аа. Картер выхлопных газов

аб. Вилка и Лезвие

пр. Толкатели

объявлений. Толкатель

а.е. Рокеры

аф.Гасители вибрации

аг Запирающий механизм

ах. Балансировочные валы

аи. Привод

адж. Передние шестерни

6.7 СОСТОЯНИЕ различных классификаций дизельных двигателей в соответствии со следующим:

а. Механический цикл

б. Расположение цилиндров

в. Действие сгорания

д. Охлаждающая среда

эл. Расположение клапанов

6.8 ОБСУЖДАЕТ соотношение давления, температуры и объема потока газа через цилиндр дизельного двигателя для следующих событий:

а.Очистка

б. Сжатие

в. Сжигание

д. Расширение

эл. Выхлоп

6,9 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

6.10 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

6,11 НЕ УКАЗАНО; зарезервировано для будущего использования.

УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Прочтите информационный лист 60B-103.

2. Изложите информационный лист 60B-103, используя в качестве руководства вспомогательные цели для урока 60B-103.

3.Ответьте на учебные сценарии.

СЦЕНАРИИ ИЗУЧЕНИЯ

1. Вы проходите через основное машинное отделение и замечаете, что EN3 Foster готовится к следующему дополнительному экзамену. EN3 Фостер говорит, что у него / нее проблемы с пониманием фаз четырех- и двухтактных двигателей. Как бы вы объяснили EN3 Foster фазы четырех- и двухтактных двигателей?

2. Как только вы закончили объяснение циклов 4/2 хода для EN3 Foster, EN1 Edwards спросит вас, как классифицировать дизельные двигатели.Объясните EN1, как классифицировать дизельный двигатель.

3. Вы идете по палубе, когда слышите, как ENFN Джонс говорит BMSN Smith, что нет разницы между турбированным двигателем и двигателем, который использует воздуходувку. Это верно? Как бы вы объяснили различия между ними, если есть разница?

4. ENFN Майерс с трудом объясняет ENFN Буту определение наддува и что делает для двигателя.Майерс поворачивается к вам и просит вас объяснить надбавку им обоим. Как ты собираешься это сделать?

5. ENC Тейлор только что сказал вам, что в MPDE № 1 произошел сбой левой головки блока цилиндров № 5. Вы объясняете это главному инженеру, когда она просит вас объяснить назначение (я) головки блока цилиндров. Как вы объясните своему главному инженеру функцию головки цилиндров?

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Информационный лист № 60B-103

ВВЕДЕНИЕ

Большая часть машин и оборудования, обсуждавшихся в предыдущем уроке, использует пар в качестве рабочего тела в процессе преобразования тепловой энергии в механическую энергию.Этот урок посвящен двигателям внутреннего сгорания, в которых в качестве рабочей жидкости используется воздух, смешанный с топливом. Обсуждаются двигатели внутреннего сгорания, к которым применяются термодинамические циклы двигателей открытого и нагреваемого типов. В двигателях, которые работают в этих циклах, рабочая жидкость забирается в двигатель, тепло добавляется в жидкость, используется энергия, доступная в жидкости, а затем жидкость выбрасывается. В ходе процесса тепловая энергия преобразуется в механическую энергию.

Двигатели внутреннего сгорания широко используются в Военно-морском флоте, служа движителями в различных кораблях, лодках, самолетах и ​​автомобилях.Также двигатели внутреннего сгорания используются в качестве первичных двигателей для вспомогательных механизмов. Двигатели внутреннего сгорания в большинстве судовых установок поршневого типа.

ССЫЛКИ

(а) Элементы прикладной термодинамики , Роберт М. Джонсон

(b) NAVEDTRA-12960, Принципы военно-морской техники

(с) NAVEDTRA-10539, Engineer 3

(d) NAVEDTRA-12001, Пожарный

(e) NAVSEA S9086-HB-STM-000, Техническое руководство по военно-морским судам, гл.233

(f) Введение в военно-морское машиностроение, Второе издание.

(g) NSTM Глава 233, Дизельные двигатели

(ч) NAVEDTRA-10625, Дизельные двигатели

ИНФОРМАЦИЯ

  1. поршневые двигатели
    1. Большинство двигателей внутреннего сгорания в морских установках ВМФ имеют поршневой тип. Эта классификация основана на том факте, что цилиндры, в которых происходит преобразование энергии, оснащены поршнями, которые используют возвратно-поступательное движение.Двигатели внутреннего сгорания поршневого типа обычно называют дизельными и бензиновыми двигателями. Общая практика ВМС США заключается в установке дизельных двигателей, а не бензиновых двигателей, если только специальные условия не благоприятствуют использованию бензиновых двигателей.
    2. Большая часть информации о поршневых двигателях в этой главе относится к дизельным и бензиновым двигателям. Эти двигатели отличаются в некоторых отношениях; основные различия, которые существуют, отмечены и обсуждены.
  2. рабочих циклов
    1. Работа двигателя внутреннего сгорания включает в себя подачу топлива и воздуха в камеру сгорания, а также сжатие и воспламенение заряда.Процесс сгорания выделяет газы и повышает температуру внутри камеры. По мере повышения температуры давление увеличивается, и расширение газов заставляет поршень двигаться. Это возвратно-поступательное движение передается через специально разработанные детали на вал. Результирующее вращательное движение вала используется для работы. Таким образом, расширение газов внутри цилиндра преобразуется во вращательную механическую энергию. Для того чтобы процесс был непрерывным, расширенные газы должны быть удалены из камеры сгорания, должен быть принят новый заряд и процесс сгорания должен быть повторен.

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

БАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Забор воздуха

Впуск топлива и воздуха

Сжатие воздуха

Сжатие топливно-воздушной смеси

Впрыск топлива

Зажигание и сгорание заряда

Зажигание и сгорание заряда

Расширение газов

Расширение газов

Удаление отходов

Удаление отходов

Таблица 1: Дизельный / бензиновый двигатель, цикл

    1. При изучении работы двигателя, начиная с впуска воздуха и топлива и заканчивая удалением расширенных газов, происходит ряд событий или фаз.Термин «цикл» обозначает последовательность событий, происходящих в цилиндре двигателя для каждого импульса мощности, передаваемого на коленчатый вал. Эти события всегда происходят в одном и том же порядке каждый раз, когда цикл повторяется. Количество событий, происходящих в цикле работы, зависит от того, является ли двигатель дизельным или бензиновым. В таблице 1 приведены события и их последовательность в одном цикле работы каждого из этих типов двигателей.
    2. Принципиальное отличие, как показано в таблице 1, в циклах работы дизельных и бензиновых двигателей заключается в подаче топлива и воздуха в цилиндр.Хотя это происходит как одно событие в бензиновом двигателе, оно включает в себя два события в дизельном двигателе. Следовательно, существует шесть основных событий, которые происходят в цикле работы дизельного двигателя, и пять основных событий, которые происходят в цикле бензинового двигателя. Это подчеркивается тем, что подчеркивается тот факт, что количество происходящих событий не совпадает с числом ходов поршня, которое происходит во время цикла работы. Даже несмотря на то, что события цикла тесно связаны с положением и движением поршня, ВСЕ события будут происходить в течение цикла независимо от числа задействованных ходов поршня.Мы обсудим взаимосвязь событий и ходов поршня позже в этом уроке.
    3. Цикл работы дизельного или бензинового двигателя включает два основных фактора - тепло и механику. Средства, с помощью которых тепловая энергия преобразуется в механическую энергию, включают в себя множество терминов, таких как вещество, молекулы, энергия, тепло, температура, механический эквивалент тепла, силы, давления, объема, работы и мощности.
    4. Способ, с помощью которого работает двигатель, называется механическим или рабочим циклом двигателя.Тепловой процесс, который создает силы, которые перемещают детали двигателя, называется циклом сгорания. Механический цикл и цикл сгорания включены в цикл работы двигателя.
  1. Механические циклы
    1. Мы говорили о событиях, происходящих в цикле работы двигателя, но мы очень мало говорили о ходах поршня, за исключением того, что полная последовательность событий будет происходить в течение цикла независимо от количества ходов, производимых поршнем.Число ходов поршня, происходящих в течение одного цикла событий, ограничено двумя или четырьмя, в зависимости от конструкции двигателя. Таким образом, мы имеем 4-тактный цикл и 2-тактный цикл. Эти циклы известны как механические циклы работы.
    2. Оба типа механических циклов, четырехтактные и двухтактные, используются как в дизельных, так и в бензиновых поршневых двигателях. Большинство бензиновых двигателей военно-морского флота работают по 4-тактному циклу. Большинство больших дизельных двигателей работают в 4-тактном цикле, в то время как большинство небольших дизельных двигателей работают в 2-тактном цикле.
    3. Соотношение событий и ходов в цикле. Ход поршня - это расстояние, на которое поршень перемещается между пределами перемещения. Цикл работы двигателя, работающего по 4-тактному циклу, включает четыре такта поршня - впуск, сжатие, мощность и выпуск. В двухтактном цикле задействованы только два удара - мощность и сжатие.
    4. Проверка рисунка 1 покажет, что штрихи названы так, чтобы соответствовать событиям. Однако, поскольку шесть событий указаны для дизельных двигателей и пять событий для бензиновых двигателей, во время некоторых ходов должно происходить более одного события, особенно двухтактного цикла.Несмотря на это, обычной практикой является определение некоторых событий как ударов поршня. Это связано с тем, что такие события, как впуск, сжатие, мощность и выхлоп в 4-тактном цикле, включают, по меньшей мере, основную часть хода и, в некоторых случаях, более одного хода. То же самое относится к событиям мощности и сжатия и ударам в двухтактном цикле. Связывая события с штрихами, вы не должны упускать из виду другие события, происходящие во время цикла операции. Этот недосмотр иногда приводит к путанице при рассмотрении принципов работы двигателя.
  1. 4-тактный дизельный двигатель
    1. Чтобы помочь вам понять взаимосвязь между событиями и штрихами, мы обсудим количество событий, происходящих во время определенного удара. Мы также обсудим продолжительность события в отношении хода поршня и случаи, когда одно событие перекрывает другое. Мы можем продемонстрировать связь событий с ударами, показывая изменение ситуации в цилиндре во время цикла работы. Рисунок 1 иллюстрирует эти изменения для 4-тактного дизельного двигателя.
    2. Отношение событий к ударам легче понять, если сначала рассмотреть движения поршня и его коленчатого вала. На фиг.1, вид А, показано возвратно-поступательное движение и ход поршня, и показано вращательное движение кривошипа во время двух ходов поршня. Положения поршня и кривошипа в начале и конце хода обозначены соответственно «сверху» и «снизу». Если эти положения и перемещения отмечены на окружности (рис. 1, вид B), положение поршня, когда оно находится в верхней части хода, находится наверху круга.Когда поршень находится в нижней части хода, положение поршня находится в центре нижней части круга. Обратите внимание на виды A и B на рисунке 1, что верхний центр и нижний центр определяют точки, где происходят изменения в направлении движения. Другими словами, когда поршень находится в верхнем центре, движение вверх прекращается, и движение вниз может начинаться. Что касается движения, поршень "мертв". Точки, обозначающие изменения в направлении движения поршня и кривошипа, часто называются TOP DEAD CENTER (TDC) и BOTTOM DEAD CENTER (BDC).Вы должны помнить TDC и BDC, поскольку они определяют начало и конец штриха и поскольку они являются точками, с которых начинаются и заканчиваются события.
    3. Следуя штрихам и событиям, как показано на рисунке, вы можете видеть, что событие впуска начинается до ВМТ или до того, как начинается фактический ход вниз (впуск), и продолжается после прошлого BDC или после конца хода. Событие сжатия начинается, когда завершается событие впуска, но после BDC выполняется ход вверх (сжатие).События впрыска и зажигания перекрываются с последней частью события сжатия, которое заканчивается в ВМТ. Сжигание топлива продолжается в нескольких градусах выше ВМТ. Энергетическое событие или расширение газов заканчивается за несколько градусов до того, как понижающий удар (мощность) заканчивается на BDC. Событие выхлопа начинается, когда заканчивается событие питания, и продолжается до полного хода вверх (выхлоп) и мимо ВМТ. Обратите внимание на совпадение события выхлопа с событием впуска следующего цикла. Детали того, почему определенные события перекрываются и почему некоторые события короче или длиннее относительно штрихов, будут рассмотрены позже в этом уроке.
    4. Из предыдущего обсуждения видно, что термин «ход» иногда используется для определения события, которое происходит в цикле операции. Тем не менее, вы должны иметь в виду, что ход включает 180 ° вращения коленчатого вала (или перемещения поршня между мертвыми точками), в то время как соответствующее событие может иметь место при большем или меньшем числе градусов вращения вала.
  1. Двухтактный дизельный двигатель
    1. Отношение событий к ударам в дизельном двигателе с 2-тактным циклом показано на рисунке 2.Сравнение рисунков 1 и 2 показывает ряд различий между двумя типами механических или рабочих циклов. Эти различия не слишком сложны для понимания, если учесть, что в четырехтактном цикле участвуют четыре хода поршня и 720 оборотов коленчатого вала, тогда как в двухтактном цикле задействовано только вдвое меньше ходов и градусов. Ссылка на иллюстрации поперечного сечения (рис. 2) поможет связать событие с относительным положением поршня. Даже несмотря на то, что два хода поршня часто называют мощностью и сжатием, в этом обсуждении они обозначаются как ход вниз (от ВМТ до ВМТ) и от ход (ВЗК до ВМТ), чтобы избежать путаницы при повторном
.
Термодинамическое исследование рабочего цикла двигателя с непосредственным впрыском топлива с компрессионным зажиганием

1. Введение

В настоящее время одним из наиболее широко 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 при 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 производимой 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 веществ, 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, является чрезвычайно универсальным 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 котором два 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 p 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 кинетической и потенциальной энергии, можно записать в дифференциальной форме как:

dEdt = dQdt − dWdt + me • he − ms • hsE7

Поскольку работа обусловлена 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. Процедура 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 зоной 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:

dpdt = p [−dVdtV + dmdtm + (dTdt) 1T] E58dTdt = B− (∂u∂p) pD [dmdt1m − dVdt1V] (∂u∂T) + CDpT (∂u∂ 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 динамических эффектов, 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
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *