Инжекторные системы впрыска топлива. Методические указания к выполнению индивидуального задания для студентов направления 190109 «Наземные транспортно

УДК 621.43 (07) К893

Рецензент – канд. техн. наук, доц. Б.А. Новожилов

Казьмин Б.Н.

К893 Инжекторные системы впрыска топлива [Текст]: методические указания к выполнению индивидуального задания для студентов направления 190109

«Наземные транспортно-технологические средства/ сост. Б.Н. Казьмин,

А.А. Зюзин. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – 31 с.

В методических указаниях изложен порядок определения параметров бензинового и газового двигателей без изменения степени сжатия, построения ВСХ и индикаторной диаграммы.

Табл. 3. Ил. 6. Библогр.: 20 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2014

Общие сведения

Индивидуальное задание является важным этапом изучения дисциплины «Инжекторные системы впрыска топлива».

Всвязи с тем, что на автомобильных двигателях в настоящее время широко применяется газовое топливо, как для карбюраторных, так и для инжекторных, основной задачей индивидуального задания является определение

исравнение показателей работы двигателя на жидком (в карбюраторном и инжекторном вариантах) и газовом топливе без изменения степени сжатия.

Кроме этого индивидуальное задание позволяет:

1. Научить студентов применять на практике теоретические знания, полученные при изучении дисциплины «Энергетические установки автомобилей и тракторов»;

2. Глубже изучить конструкцию систем питания бензинового и газового двигателей с учетом особенностей протекания рабочих процессов;

3. Привить навыки в работе по использованию научно-технической и справочной литературы;

4. Научить студента самостоятельно принимать технические решения на основе проведенных расчетов, отстаивать их и защищать.

Объем индивидуального задания составляет 20...25 страниц расчетнопояснительной записки. Графическая часть включает в себя построение внешней скоростной характеристики (ВСХ) на листе формата А4 и индикаторной диаграммы (формат А3).

Оформление записки производится в соответствии со стандартом ЛГТУ. Текст должен быть написан четко, без сокращения слов. Расчетные уравнения записываются в общем виде, затем подставляются числовые значения и далее ответ. Оформленный титульный лист подписывается студентом. Записка подшивается и представляется руководителю. При небрежном

оформлении задание не принимается.

Взаписке приводятся следующие разделы: введение, краткая техническая характеристика, описание конструкции системы питания базового двига-

3

теля, конструкция инжекторной системы и газобаллонной аппаратуры, тепловой расчет двигателя при работе на базовом (в карбюраторном и инжекторном вариантах) и газовом топливе, расчет и построение внешних скоростных характеристик и индикаторной диаграммы для всех вариантов. После получения результатов проводится их сравнительный анализ.

Введение

На одной-двух страницах отразить тенденцию развития автомобильных двигателей в России и за рубежом.

1. Краткая техническая характеристика базового двигателя

Краткая техническая характеристика базового двигателя необходима для принятия исходных данных при тепловом расчете.

Краткая техническая характеристика по базовому двигателю должна содержать следующие данные:

1.Максимальная мощность Ne max , кВт;

2.Частота вращения при максимальной мощности nNe max, об/мин;

3.Число и расположение цилиндров;

4.Давление наддува (если имеется) Рк, МПа;

5.Степень сжатия ε;

6.Диаметр цилиндра D, мм;

7.Ход поршня S, мм;

8.Отношение S/D;

9.Максимальный крутящий момент Ме max , Н∙м;

10.Частота вращения при максимальном крутящем моменте nMe max ,

об/мин;

11.Литраж двигателя Vл , л;

12.Минимальный удельный расход топлива ge , г/кВт∙ч;

13.Форма камеры сгорания.

4

2.Описание конструкции системы питания

Вданном разделе описывается конструкция базовой (карбюраторной), инжекторной и газовой систем питания.

При описании системы питания необходимо представить общую схему

иописать принцип работы, назначение и устройство основных агрегатов и узлов:

а) бензонасоса, фильтров очистки топлива и воздуха; тип и модель карбюратора, общее устройство и особенности работы его на различных режимах – для карбюраторных систем;

б) газовых баллонов с соответствующей арматурой, испарителей и подогревателей газа, электромагнитного газового клапана, редукторов высокого

инизкого давления или универсального редуктора-испарителя, газового смесителя – для газовых систем;

в) электробензонасоса, топливного и воздушного фильтров, дозаторовраспределителей (если имеются), регуляторов давления, механических или электромагнитных форсунок и основных применяемых датчиков – для инжекторных систем.

3. Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет служит для определения параметров рабочего процесса двигателя. В первую очередь производится определение этих параметров для базового двигателя, работающего на жидком топливе (в карбюраторном и инжекторном вариантах). В связи с тем, что газовые двигатели создаются на базе бензиновых, тепловой расчет двигателя при изменении конструкции системы питания проводится с целью определения изменения параметров рабочего процесса, мощностных и экономических показателей по сравнению с базовым двигателем.

Использование газового топлива может осуществляться либо при неиз-

менной степени сжатия, либо с ее повышением. Увеличение степени сжатия

5

а) бензиновых двигателей

М1 L0Б 1 ,т

где α – коэффициент избытка воздуха; μт – молярная масса паров бензина; μт=110…120 кг/кмоль.

Коэффициент избытка воздуха выбирается на основании следующих соображений. На последних моделях карбюраторных двигателей уста-

6

навливались многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность при-

менения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с глав-

ной дозирующей, обогатительной системами и системой холостого хода поз-

воляет получить при соответствующей регулировке как мощностной

(α=0,85...0,90), так и экономичный состав смеси (α=1,15...1,2). Стремление по-

лучить достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сго-

рания двигатель, позволяет принимать α=0,95…0,98, а на режимах минималь-

ной частоты вращения α=0,86…0,87.

Однако такие системы, в отличие от инжекторных, не имеют обратных связей между величиной α и выходными параметрами работы двигателя,

например, эти системы не реагируют на токсичность отработавших газов (за исключением последних моделей, включающих электронное управление), де-

тонацию в цилиндрах, прогрев двигателя и многие другие факторы, что суще-

ственно ухудшает эксплуатационные его параметры, особенно на частичных,

неоптимальных режимах. Поэтому в расчетах на режиме максимальной мощ-

ности принимается α=0,85…0,90.

Двигатели с впрыском топлива и электронным управлением могут обеспечить еще более экономичный состав смеси с меньшей токсичностью продуктов сгорания. Это позволяет принимать α=1,0 на основных режимах, на режиме минимальной частоты вращения α=0,95…0,97 и на режиме макси-

мальной α=0,98…1,01. Ориентировочно значение α можно принять по рис. 1.

В расчетах рекомендуется принимать α=1,0.

7

Рис. 1. Зависимость коэффициента избытка воздуха от частоты вращения двигателя

б) газовых двигателей с искровым зажиганием

М1 ГТ L0 ГТ 1,

где L0 ГТ – теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газового топлива. При использовании КПГ в данную формулу под-

ставляется L0 КПГ, а СНГ – L0 СНГ. Значение α для сжиженного газа лежит в пределах 0,8…0,9, а для сжатого газа необходимо принять α=1.

3.2. Параметры рабочего тела в процессе впуска

Давление окружающей среды Р0=0,1013 МПа, температура окружаю-

Здесь ( 2 + вп) – приведенный коэффициент сопротивления впускной системы, определяется по эмпирическому уравнению

( 2 вп ) 2 3, 3 n 10 4 ,

8

где n – частота вращения коленчатого вала двигателя по заданию, об/мин;

вп – скорость воздуха в проходном сечении впускного клапана, м/с;

определяется по уравнению

вп 27 0,017 п.

Величина ( 2 + вп)=2,5…4, а ωвп=50…130 м/с. Для инжекторных двига-

телей с электронным управлением значения ( 2 + вп) принимаются понижен-

ными в связи с отсутствием карбюратора. ρ0 – плотность воздуха, кг/м3.

Rв Т0

где Rв=287 Дж/кг град – универсальная газовая постоянная. Величина Р находится в пределах для двигателей, работающих на:

а) бензине – (0,1...0,15)Р0, причем большее значение применяется для карбюраторных двигателей, меньшее – для инжекторных.

б) газовом топливе – (0,18...0,20)Р0.

Также определить значение Ра можно по эмпирическому уравнению

Ра 0,105 5,5 10 6 п.

Давление остаточных газов, МПа

Рr P0 P .

Также определить значение Рr можно по эмпирическому уравнению

Рr 0,105 3,3 10 6 п.

Температура остаточных газов для бензиновых двигателей, К

Tr 700 0,067 n,

где n – частота вращения, об/мин. Величина Tr находится в пределах:

а) для бензиновых двигателей – 900…1100 К;

б) для газовых двигателей Тr уменьшается на 50...100 К.

Проверить полученное значение можно по рис. 2.

9

Коэффициент остаточных газов

где Тсм – температура смеси воздуха с газовым топливом, К. Для двигателей, работающих на жидком топливе, Тсм=Т0; на газовом – определяется по формуле

где Тгаз=Т0+ Т ′ – температура газового топлива на входе в цилиндр, К; Т′ =15...20° – подогрев газа при прохождении его от смесителя до ци-

линдра;

ε– степень сжатия; принимается по базовому двигателю;

Т– подогрев свежего заряда. В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя. Величина подогрева T зависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, наличия специального устройства для подогрева, быстроходности двигателя и наличия наддува. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает

10