Sistem Za Napajanje Gorivom

8/11/2019 Sistem Za Napajanje Gorivom

1/7

Tehniki bilten FSAE vozila, #01

Nemanja Glii Datum: 25.03.2014.

__________________________________________________________

1

Sistem za napajanje gorivom

Sistem za napajanje gorivom se sastoji iz elektirne pumpe, filtera, creva, regulatorapritiska, rejla i brizgaa. Kako bi agregat ispravno funkcionisao u svim reimima rada, potrebnoje prouiti i odabrati adekvatne komponente za tu funkciju.

Prvi podatak koji je potreban jeste vrsta agregata i njegova potronja. S obzirom da sekoristi agregat iz Yamahe R6, kao i u proloj sezoni, postoje podaci sa probnog stola koji suiskorieni za analizu.

Potronja goriva

Zapreminski protok

Kada je re o potronji goriva, govori se o potrebnom protoku koji pumpa mora da ostvarikako bi agregat snadbela dovoljnom koliinom goriva, kao i pritisku na kome e gorivo bitiisporueno do rejla.

Prema prologodinjem ispitivanju, najvea potronja goriva bila je ostvarena na rezimuod 13500RPM, pri otvorenosti leptira od 100%. Potronja je iznosila 17,59kg/h = 4,89 g/s.Ostvarena snaga i obrtni moment na tom rezimu su iznosili 59,25KWi 42,05Nm.Realnapotronja koja je zabeleena na takmienju na trci izdrljivosti je iznosila 4,5 l na 22km, to jeoko 20,5 l na 100km. Po ovim parametrima zapremina rezervora ne bi trebala da prelazi 5,5l.

Potreban protok pumpe je iztaunat korienjem preporuenog metoda od strane

prozovoaa kao to su Bosch i Aeromotive. Pre svega potrebno je izraunati B.S.F.C koeficijent(eng. Brake Specific Fuel Consumption), koji se dobija:

... =[ ][]


2/7



__________________________________________________________

2

to po ve pomenutim vrednostima, koje su dobijene prole godije iznosi:

... = 4,8959250= 0,00008253 Konverzijom u druge jedinice dobija se . . . = 297,11 = 0,488 B.S.F.C koeficijent predstavlja specifinu potronju goriva, odnosno prikazuje koliko e

goriva(maseno) agregat da potroi da bi ostvario snagu od jedne konjske snage za sat vremena.

Sledei bitan podatak je eljena snaga koju bi agregat trebalo da ostvari. Naprologodinjem vozilu ostvarena snaga je bila 63KW, odnosno 85hp. Ovogodinja snaga koja sepredostavlja da moe biti ostvarena je 90hp.

Koliina goriva koju pumpa mora da isporui iznosi:

= . . . = 90 0,4884 = 43,961 / = 19,94/Dodavajui faktor sigurnosti od 10%, potrebna koliina goriva = 22/. Mnozei

sa gustinom goriva

= 0,759699 /dobija se potreban protok goriva

= 28,9 /. Prema

dosadanjim proraunima, usvaja se da minimalni protok koji mora postojati u svim reimimarada iznosi= /. Ovo je prvi podatak koji definie vrstu pumpe koja e se koristiti.Pumpa mora, bez obira na pritisak i njegovu promenu, kao i na napon i njegovu promenu, uvekostvarivati protok od 30l/h za sve uslove rada. Ona mora biti veeg protonog kapaciteta nego tosu potrebe agregata za gorivom, kako bi odrala konstatna pritisak na svim obrtajima i na punomotvoru gasa.

Pritisak

Drugi parametar koji je potrebno poznavati kako bi se odabrala pumpa jeste pritisak nakome e sistem za napajanje gorivom funkcionisati. Standardni pritisak na kome radi veinasistema i na kome je radio sistem na prologodinjoj formulu je 3 barili 43,5 PSI. Pri ovome semisli na pritisak u rejlu iznad brizgaa. To znai da bi vrednost pritiska bila konstatno 3bar,pumpa mora biti neto jaa, poto se javljaju gubici usled trenja, kao i varijacija podpritiska uusisnom kolektoru. Promena podpritiska u usinom kolektoru, utie na promenu pritiska u rejlu,ali to e biti kasnije obajnjeno(u delu vezanom za regulator pritiska)


3/7



__________________________________________________________

3

Postoji mogunost da pritiska u rejlu bude i vei od 3bar. Poveanje pritiska se vri kakobi se dodatno poveao protok brizgaa ili smanjilo vreme njihove otvorenosti. Kako bi se izvrilaanaliza o potrebi poveanja pritiska u sistemu prvo je potrebno analizirati protoke birzgaa,nakon ega e se definistai potreban pritisak, pa i model pumpe.

Brizgai

Brizgai su solenoidni ventili koje kontrolie ECU vozila. Unutar sebe imaju kalem, ukome se usled dovoenja stuje javlja elektromotorna sila koja pomera iglicu ventila i time seregulie ubrizgavanje goriva.

Svaki brizga karakterie njegov protok, odnosno koliinu goriva koju moe da ubrizga utoku vremena na konstatnom pritisku. Pod ovim pritiskom se smatra pritisak goriva u rejlu.Protok bizgaa se definie za standardni pritisak goriva od 3bar.

Faktori koji opisuju rad brizgaa je vreme otvorenosti i ciklus trajanja(eng. duty cycle).

Vreme otvorenosti govori koliko dugo je brizga otvoren, odnosno koliko e goriva daubrizga. Duzina otvorenosti, tj. signala kontorolisana je od strane komjutera na vozilu(ECU) izavisi od mnogo veliina. Koliina goriva zavisi protoka vazduha, gustine vazduha, optereenjamotora, temperature motora, vrednosti lambda senzora... Ipak, postoji ogranienje koliko dugobrizga moe da bude otvoren za svaki obrtaj motora. Ovo vreme se smanjuje kako se brojobrtaja motora poveava. Za 600RPM, mogue vreme otvorenosti je 0.1s(60s u minutu,podeljeno sa 600 obrtaja), dok za 12000RPM, mogue vreme otvorenosti je 0.005s, tj. 5ms.Duzina implusa u odnosu na mogue vreme otvorenosti, kada je motor na maksimalnomoptereenju, naziva se ciklus trajanja i izraen je u procentima. Kod veine brizgaa ovavrednost je 80%, to znai da je vreme otvorenosti brizgaa, kada je motor na maksimalnom

optereenju, 80% od ukupnog vremena za koje brizga moe da bude otvoren u tom reimu.Ovarezerva od 20% se uzima zbog sigurnosti u radu brizgaa. Poto su brizgai solenoidni ventili,ako bi radili na 100% svojih mogunosti, dolo bi do pregrevanja kalemova i vie ne bi mogli daispravno kontroliu koliinu ubrzganog goriva. Ovaj ciklus moe da bude i manji, od 60% do70%.Testiranja trkakih motora na dinamometrima su pokazala das u motori upravo u ovimgranicama otvorenosti, ostvarivali najveu snagu. Takoe, nia vrednost nije dobra, jer nijemogue postii odgovarajuu atomizaciju goriva.


4/7



__________________________________________________________

4

Bitno je I napomenuti da postoje dve vrste brizgaa, visokoomski I niskoomski.Visokoomski imaju otpor kalema od 13,5 do oko 18 oma I jo se nazivaju saturisani.

Niskoomski imaju otpor od oko 1 do 3 oma (eng. Peak and Hold). Veina brizgaa koji sestavljaju na motocikle su saturisani I stuja koja prolazi kroz njih je izmedju 0.7-1.1A.

Poto protie slabija struja, potrebno je vie vremena da se stvori magnetno polje, tako daje saturisanim brizgaima potrebno 2-3ms da budu potpuno otvoreni. Kod niskoomskih brizgaa,struja koja kroz njih tee je mnogo vea, elektromotrona sila je vea, pa je I brzina otvaranjamanja. Njihova mana, u odnosu na visokoomske je ta, to se zbog jake struje vie greju, pa su

manje pouzdani, a I cena im je znatno skuplja, poto su pravljeni od skupljih materijala, koji boljepodnose toplotu.

Sve ove informacije potrebno je znati pre nego to se dimenzioniu brizgai, odnosnoodaberu bizgai sa odgovarajuom protonom karakteristikom.

Protona karakteristika standardnih brizgaa koji se nalaze na agregatu YamaheR6 je240cc/minili 14,4 l/h.

Ako je na dobijen potreni protok 30l/h podeljen na 4 brizgaa, koliko poseduje agregat,dobija se protok od 7,5 l/h za svaki brizga. Uzimajui u obzir I maksimalno vreme otvorenosti I

delei pojedinaan protok sa 0,8 (duty cycle=80%) dobija se da je minimalan potrban protok pobrizgau 9,375 l/h to poredei sa karakteristikom brizgaa dovodi do zakljuka da je postojeibrizgai daju ak I vei protok nego to je potrebno.

Ovakva analiza dovodi do zakljuka da fabriki brizgai za mogue vreme otvorenosti od80% od maksimalnog dozvoljenog vremena daju do 35% vie goriva nego to bi trebalo. Ako bise vreme korigovalo tako da ciklus trajanja bude 65%, dobila bi se koliina goriva od 11,54 l/h.U tom sluaju orginalni brizgai isporuuju 20% vie goriva nego to bi trebalo, to je I graninakoliina sa kojom lamba sensor moe da se izbori, kako bi korigovao smeu.

Prema dosadanjoj analizi, protok brizgaa je vei nego to je potrebno, ali na granici da

moe da se koriguje sa mapom ubrizgavanja. Ipak, ovakva konfiguracija brizgaa nije pogodnaza nie obrtaje poto daju veu koliinu goriva, pa je rad na leru nestabilan i teko odriv, avreme otovrenosti ne moe da se redukije, jer se ne bi izvrila adekvatna atomizacija goriva. Svidosadanji prorauni su sa predpostavkom da je pritisak od 3bar, tako da smanjenje pritiska, kakobi se smanjio protok i povealo vreme implusa, nije izvodljivo Na pritisku niem od 3baraatomizacija se, takoe ne moe ispravno odviti. Preporuka je da se veliina brizgaa i pritisak u


5/7



__________________________________________________________

5

rejlu odaberu tako da imlus ne bude manji od 1,7ms za ler, a da ne prelazi 3,5ms u maksimalnomoptereenju.

Proraun je pokazao da bu optimalni brizgai za ovi namenu bili sa protokom od160cc/min. Sa takvom protonom karakteritikom mogli bi da se ode niski implusi za rad u leru iniim obrtajima, a poveanjem pritiska u rejlu, dobila bi se adekvatna koliina goriva, potrebnaza maksimalna optereenja.

Protok brizgaa pri poveanju pritiska

Karakteristika protoka brizgaa je definisana od strane proizvoaa i ne moe bitiizmenjena. Ipak, protok moe da se promeni, promenom nominalnog pritiska goriva u sistemu.Nominalni pritisak( eng. set point) je pritisak koji se podeava na regulatoru bez vakuma ilinadpritiska na ulazu za pritisak u usisnom kolektoru.

Poveanjem pritiska, vie goriva ulazi kroz brizga za isto vreme otvorenosti. Ovepromene pritiska nisu svemogue, jer brizgai imaju svoje maksimalne kapacitete, nakon kojihma kolika promena pritiska nee dovesti do promene protoka. Naravno, odreena poveanja sumogua, ali se ne odvijaju po lineranom zakonu. Osobina promene, opisana je sledeomjednainom:

= Promena pritiska ima smisla samo do neke granice. Kao to je ve reeno prekomerno

poveanje pritiska kako bi se ostvario eljeni protok, govori samo da su brizgai loedimenzionisani (imaju mali protok), a dodatno poveanje samo doprinosi prekomernomnaprezanju kompletnog sistema, iji prekomrni pritisak moe da oteti oprugice u brizgaima.Svakako treba uzeti u obzir, da im se pritisak u sistemu povea, protok pumpe e se smanjiti.

Nakon to je utvren potreban protok brizgaa, kao i pritisak koji mora da vlada, kako bibrizgai ostvarili eljeni protok, moe se izvriti krajnje dimenzionisanje pumpe i odabirodgovarajueg modela.


6/7



__________________________________________________________

6

Proraun pumpe za gorivo

Nakon to je izraunat potreban protok I analizirana promena pritiska goriva ubrizgaima, moe se izvriti dimenzionisanje pumpe, odnosno izvriti odabir iz katalogaproizvoaa.

Potreban protok je 30 l/h, a preporuka proizvoaa je da potreban protok bude oko 33%

protoka pumpe, to dovodi do okvirne cifre od 100 l/h za potreban protok pumpe.

Kao to je ve pomenuto, protok brizgaa je I vie nego dovoljan, tako da u tom pogledunema potrebe poveavati pritisak u rejlu u odnosu na standardnih 3bara. Ipak, kako bi sesmanjilo vreme otovrenosti I poboljalja atomizacija gorica, moe da se izvri minimalnopoveanje pritiska na 3,5bar, nakon ega e se videti da li postoje nekakva poboljanja. Ako sebudu stavljali manji brizgai, to nije izgledno, moe se I dodatno poveati priotisak, ako to budepotrebno.

Uscvojena. nominalna, vrednost pritiska je 3,5bar (50 PSI).To je vrednost koju elimo urejlu. Kako bi se ova vrednost pritiska odrala konstatnom I kako bi brizgai imali konstantan

protok, mora postojati regulator pritiska, koji e uvek odravati ovu vrednost.

Regulator pritiska goriva

Regulator pritiska slui da uvek isporuuje nominalnu vrednost pritiska u rejl, bez obzirana promene pritiska koje se deavaju pre regulatora. Promene pritiska su uvek prisutne, usledotpora trenja I usled promene podpritiska u usisnom kolektoru. Upotreba regulatora je obavezna,jer pumpa ne moe sama da odrava konstantan pritisak.

Glavna uloga regulatora je da pritisak goriva odrava konstantim, usled promenepodpritiska u usinsnom kolektoru. Promena podpritiska u usisnom kolektoru direktno utie na

protok brizgaa, poto se oni nalaze u okruenju koje je u vakumu. Kada je motor u leru ilifunkcionie na niim obrtajim vlada negativan podpritisak ili vakum usled koga nastaje vearazlika pritisaka sa jedne I druge strane brizgaa. Ako je pritisak u rejlu 3,5bar, a vakum je 0,5bara, dolazi se do razlike pritisaka 4,0bar pri kome e protok brizgaa biti neplanirano povean.Najvei vakum je u leru(do 10PSI), pa regulator vri kompenzaciju smanjujui pritisak u rejlu,


7/7



__________________________________________________________

7

tako da odri konstantu razliku ova dva pritiska, ostvarujui zeljenu nomunalnu vrednost.Dodatna smetnja je ta to vrednost podpritiska u usisnom kolektoru zavisi od otovrenosti leptira,tj. od radnog reima. Kako obrtaji rastu vakum opada, pa nekada, na maksimalnom reimu, moenastupiti I atmosferski pritisak.Kako bi se te oscilacije pritiska neutralisale, potrebno je regulatorpovezati sa usinim kolektorom. Promene pritiska u usisnim kolektoru e se odraziti na radregualtora I on e kompezovati pritisak I obezbediti konstatnu vrednost za ispravan rad brizgaa.Kod turbo motora, gde postoji nadpritisak u usisnom kolektoru, potredno je da pumpa ostvaruje

dodatni pritisak u odnosu na nominalni, koji je jednak nadpritisku u usisnom kolektoru.Kada je objanjena funkcija regulatora, moe se nastaviti sa proraunom pritiska u pumpi.

U proraun pumpe moraju da se uzmu u obzir I gubici koji nastaju u sistemu. To jerazlika pritisaka(pad pritiska) koji se meri izmeu izlaska iz pumpe I izlaza goriva iz rejla Inastaje usled trenja u crevima I prolaska gorivo kroz krivine u sistemu. Vrednosti tog pada su od0,3 do 0,7 bar.

Konano, potrebi pritisak koji pumpa mora da ima je:

= + +

= 3,5 + 0,3 + 0,7 = 4,5

Zakljuak

Pritisak koji naa pumpa mora da ostvari je4,5 bari pri tome da daje protok od 30 l/h.Pumpa koja ispunjava ove karakteristike je BOSCH FP 100. Ova pumpa zadovoljava potrebnuprotonu karakteristiku u svim svojim reimima, ak i za vee vrednosti pritiska. Jo jedna bitna

stavka pri odabiru pumpe je i voltaa koja je potrebna za rad pumpe. Napon za pumpu je isto to ipritisak za brizgae. Gledajui tablicu, za nae potrebe pritiska i protoka, potreban napon za radpumpe je 13V, pri emu troi struju od oko 4A.

Regulator koji e se koristiti je BOSCH FP Mini, sa rasponom regulacije od 3,5 do 5bar, aza koji je potreban adapter BOSCH ADAPTER. Sve komponetne imaju prikljuke sa navojima,pa ako bude mogunosti, poeljno je koristiti AN creva i prikljuke.
http://www.bosch-motorsport.de/media/catalog_resources/FPR_Adaptor_Datasheet_51_en_2777257739pdf.pdfhttp://www.bosch-motorsport.de/media/catalog_resources/Fuel_Pressure_Regulator_Mini_A_Datasheet_51_en_2777105163pdf.pdfhttp://www.bosch-motorsport.de/media/catalog_resources/Fuel_Pump_FP_100_Datasheet_51_en_2776354955pdf.pdf

Documents

Sistem Za Napajanje Gorivom