Artur Wojtala 23.10.2014 r.

Studia: stacjonarne I stopnia Rok akad. 2014/2015

Specjalność: samochody i silniki

Rok IV / sem. 7

Grupa: 1b

LABORATORIUM

SYSTEMY STEROWANIA SPALINOWYCH ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH

Temat: Badanie elektromagnetycznego wtryskiwacza paliw lekkich.

1. Cel ćwiczenia.

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z budową, zasadą działania oraz sposobem regulacji dawki elektromagnetycznego wtryskiwacza paliw lekkich, zasilającego silniki o zapłonie iskrowym. Dodatkowo przeprowadziliśmy pomiary mające na celu sporządzenie charakterystyki wtryskiwacza dla zadanych parametrów pracy.

1. Wstęp teoretyczny.

Istnieje wiele rozwiązań zasilania silników o zapłonie iskrowym z wykorzystaniem wtryskiwacza, ze względu na umiejscowienie oraz ilość wtryskiwaczy rozróżniamy je na:

• SPI – wtrysk jednopunktowy,

• MPI – wtrysk wielopunktowy,

• GDI – wtrysk bezpośredni,

• Mieszany – wtrysk wielopunktowy oraz bezpośredni.

Przebieg procesu powstawania mieszanki paliwowo-powietrznej zależy od następujących cech wtryskiwacza paliwa:

• ilości strug wtryskiwanego paliwa,

• kąta odchylenia i kąta strugi paliwa dla każdej ze strug paliwa,

• średniej wielkość kropli, na które dzieli się strumień benzyny w chwili wtrysku do powietrza.

Wtryskiwacz układów wtrysku jednopunktowego - w układach wtrysku jednopunktowego najczęściej stosowane są wtryskiwacze z zaworem kulkowym, powodujące stożkowe rozpylenie paliwa, o kącie rozwarcia stożka około 30°. Wtryskiwacze czopikowe w tych układach są rzadziej spotykane ze względu na wyższy koszt wykonania. Na wlocie paliwa, w obudowie wtryskiwacza umieszcza się przegrodę rozdzielającą strumień paliwa dopływającego od części paliwa nie wtryśniętego, wracającego do zbiornika. Następuje rozdział paliwa na dwie części: jedna część otacza zawór wtryskiwacza, a druga przepływa przez zawór. Dzięki temu osiąga się intensywne przepłukanie oraz szybkie chłodzenie wtryskiwacza. Ilość wtryśniętego paliwa zależy od czterech czynników:

• ciśnienia paliwa w układzie zasilania,

• przeciwciśnienia w układzie dolotowym,

• czasu otwarcia wtryskiwacza,

• sumy przekroju otworków rozpylacza.

Rys. 1. Budowa wtryskiwacza stosowanego w układzie wtrysku jednopunktowego.

Dobór wtryskiwacza - podczas projektowania silnika spalinowego obliczane jest jego minimalne oraz maksymalne zapotrzebowanie na paliwo (B_min oraz B_max). Wobec tego wtryskiwacz musi zapewnić minimalną dawkę mniejszą niż B_min oraz dawkę maksymalną większą niż B_max , aby pokryć całkowicie wszystkie stany pracy silnika (czyli q_{wtrysk. min} < B_min oraz q_{wtrysk. max} > B_max).

W obecnie stosowanych układach wtrysku pośredniego silnika ZI ciśnienie wtrysku wynosi od 0,3 do 0,45 MPa. Niższe wartości występują w układach z odpływem nadmiaru paliwa, wyższe w układach bezodpływowych.

1. Stanowisko pomiarowe.

Ćwiczenie przeprowadziliśmy na specjalnie skonstruowanym stanowisku (zajęcie poniżej). Układ pomiarowy wyposażony był we wtryskiwacz wykorzystywany w układach MPI, zasilany benzyną syntetyczną o regulowanym ciśnieniu. Do sterowania parametrami wtryskiwacza używaliśmy kontrolera, który pozwalał na regulacje takich parametrów jak:

• Czas pracy wtryskiwacza,

• Czas podbicia,

• Okres,

• Ilość impulsów,

• Napięcie pracy wtryskiwacza,

• Napięcie podbicia.

Paliwo podczas pomiarów wtryskiwane było do menzurki umieszczonej na dokładnej wadze. Jako wynik przeprowadzanych badań uzyskiwaliśmy masę (oraz objętość) wtryśniętego paliwa.

Zdj. 1. Stanowisko pomiarowe.

1 – wskaźnik ciśnienia paliwa, 2 – temperatura paliwa, 3 – kontroler stanowiska, 4 – regulator ciśnienia paliwa, 5 – wtryskiwacz, 6 – menzurka, 7 – waga, 8 – wlew paliwa (powrotny).

1. Przeprowadzenie ćwiczenia.

Podczas ćwiczenia wykonaliśmy dwa rodzaje badań:

• Badanie statyczne – polegało na określeniu wydatku wtryskiwacza przy danym ciśnieniu paliwa (iglica stale uniesiona). Wykonaliśmy jeden pomiar przy ciśnieniu 0,3 MPa.

• Badanie dynamiczne – polegało na pomiarze wydatku wtryskiwacza w zależności od zadanych parametrów pracy. Wykonaliśmy pomiary dla trzech różnych parametrów pracy.

1. Obliczenia i wyniki pomiarów.

1. Obliczenie wydatku wtryskiwacza na podstawie badania statycznego.

Czas pracy	Czas podbicia	Napięcie pracy	Napięcie podbicia	Ciśnienie paliwa	Tepm. paliwa	Waga paliwa	Objętość paliwa
50 s	0 s	13,4 V	14 V	0,3 MPa	21 °C	134,36 g	182 cm^3

Tab. 1. Wyniki badania statycznego.

$$Q_{r} = \frac{134,36\ g}{50\ s} = 2,69\ \frac{g}{s} = 2,69 \bullet 10^{- 3}\frac{\text{kg}}{s}\ $$

$$Q_{\text{r\ wol}} = \frac{182\ \text{cm}^{3}}{50\ s} = 3,64\ \frac{\text{cm}^{3}}{s} = 3,64 \bullet 10^{- 6}\frac{m^{3}}{s}$$

Gęstość benzyny syntetycznej: 0,73 – 0,99 g/cm³ = 730 – 990 kg/m³

$$Q_{r} = \mu \bullet F \bullet \sqrt{\frac{2 \bullet p}{\rho}}\ \ \ \ \ = > \ \ \ \mu \bullet F = \frac{Q_{r}}{\sqrt{\frac{2 \bullet p}{\rho}}}\ $$

$$\mu \bullet F = \frac{Q_{\text{r\ wol}}}{\sqrt{\frac{2 \bullet \left( p_{w} - p_{a} \right)}{\rho}}}\ = \frac{3,64 \bullet 10^{- 6}}{\sqrt{\frac{2 \bullet 0,2 \bullet 10^{6}}{730}}} = 1,55 \bullet 10^{- 7}\ m^{2} = 0,155\ \text{mm}^{2}$$

1. Charakterystyki wtryskiwacza uzyskane na podstawie badania dynamicznego.

Lp.		Czas pracy [ms]	Czas podbicia [ms]	Okres [ms]	Ilość wtrysków	Napięcie pracy [V]	Napięcie podbicia [V]	Masa [g]
1	Pomiar pierwszy	1,3	0	10	1500	13,4	0	6,4
2		1,5	0	10	1500	13,4	0	11,13
3		2,5	0	10	1500	13,4	0	16,84
4		3,5	0	10	1500	13,4	0	21,25
5		4,5	0	10	1500	13,4	0	25,63
6		5,5	0	10	1500	13,4	0	30,1
7		6,5	0	10	1500	13,4	0	34,73
8		7,5	0	10	1500	13,4	0	40,27
9		8,5	0	10	1500	13,4	0	40,29
10		9,5	0	10	1500	13,4	0	40,28
11	Pomiar drugi	1,3	0	50	1000	13,4	0	1,13
12		1,5	0	50	1000	13,4	0	7,1
13		2,5	0	50	1000	13,4	0	10,9
14		3,5	0	50	1000	13,4	0	13,72
15		4,5	0	50	1000	13,4	0	16,5
16		5,5	0	50	1000	13,4	0	19,2
17		6,5	0	50	1000	13,4	0	21,9
18		7,5	0	50	1000	13,4	0	24,58
19		8,5	0	50	1000	13,4	0	27,24
20		9,5	0	50	1000	13,4	0	29,89
21		10,5	0	50	1000	13,4	0	32,6
22		11,5	0	50	1000	13,4	0	35,24
23		12,5	0	50	1000	13,4	0	37,91
24	Pomiar trzeci	1,5	0	10	1000	10	0	0
25		2	0	10	1000	10	0	6,39
26		3	0	10	1000	10	0	10,57
27		4	0	10	1000	10	0	13,68
28		5	0	10	1000	10	0	16,73
29		6	0	10	1000	10	0	20,01
30		7	0	10	1000	10	0	23,75
31		8	0	10	1000	10	0	26,81
32		9	0	10	1000	10	0	26,81
33		10	0	10	1000	10	0	27,1

Tab. 2. Wyniki badania dynamicznego (dla trzech ustawień).

Wyk. 1. Charakterystyka wtryskiwacza dla ustawienia pierwszego.

Podczas pierwszego ustawienia napięcie pracy wtryskiwacza wynosiło 13,4 V, natomiast okres 10 ms, zadana ilość wtrysków to 1500. Badania przeprowadziliśmy dla czasów wtrysku od 1,3 do 9,5 ms. Są to warunki graniczne, dla których wtrysk paliwa następuje bądź jest zmienny. Z uzyskanej charakterystyki widać, że dla danych parametrów wtryskiwacz może być wykorzystywany dla czasu wtrysku od około 2 do 7 ms, ponieważ dla niego otrzymany przebieg jest liniowy.

Wyk. 2. Charakterystyka wtryskiwacza dla ustawienia drugiego.

Drugi pomiar odbywał się dla takiego samego napięcia pracy 13,4 V, natomiast okres wynosił 50 ms. Liczba wtrysków to 1000. Badania przeprowadziliśmy dla czasu pracy od 1,3 do 12,5 ms. Na wykresie widać że otrzymana charakterystyka jest liniowa od 2 do 12,5 ms, oznacza to m. in. że dla danych parametrów pracy wtrysk jest możliwy nawet powyżej 12,5 ms. Natomiast podobnie jak podczas pierwszej próby, czas wtrysku poniżej 2 ms znajduje się w nieliniowej części charakterystyki wtryskiwacza, wobec tego w tym zakresie nie może być wykorzystywany.

Wyk. 3. Charakterystyka wtryskiwacza dla ustawienia trzeciego.

Dla trzeciego ustawienia napięcie pracy było niższe i wynosiło 10 V, natomiast okres 10 ms. Liczba wtrysków to 1000. Badania wykonaliśmy dla czasu wtrysku od 1,5 do 10 ms. Liniowa charakterystyka wtryskiwacza to zakres czasu wtrysku od około 3 do 7 ms. Widać tutaj również, że dla czasu wtrysku 1,5 ms ilość wtryśniętego paliwa wynosiła 0.

Wyk. 4. Charakterystyka DFR wtryskiwacza dla trzech różnych ustawień.

1. Wnioski:

• Za pomocą tego typu badań można określić zakresy pracy wtryskiwacza dla danych parametrów pracy.

• Wraz z postępem badań rosła temperatura używanej benzyny (od 22 do 27 °C), ponieważ krążyła ona w obiegu zamkniętym. Wobec tego wyniki badań obciążone są błędem pomiarowym, i dla dokładnych analiz należałoby uwzględnić wpływ temperatury na objętość badanej cieczy.

• Wyniki pomiarów obarczone są również błędem pomiarowym wagi. Podczas czynności sprawdzającej masa ciężarka wzorcowego (500 ±7,5 g) wyniosła 500,16 g, co wskazuje na nieprawidłową kalibrację bądź zużycie przyrządu pomiarowego.

• Na uzyskanej charakterystycei DFR widać, że najlepsze parametry pracy były ustawione podczas drugiej próby. Przebieg cechuje się długą częścią nieliniową, co wskazuje na bardziej uniwersalne zastosowanie.

• Największą wydajnością wtrysku cechuje się pierwsze ustawienie wtryskiwacza, na charakterystyce zbiorczej należy jednak uwzględnić ilość wtrysków, a więc uzyskany wynik pomnożyć przez 2/3.

• Znając średnicę rozpylacza możliwe jest obliczenie współczynnika oporu przepływu na podstawie badań statycznych oraz odpowiednich (wykonanych w sprawozdaniu) przeliczeń.