1. Introduction
2. Modelling of the injection process in gasoline direct injection engines
2.1. Phoenics - 3-dimensional model of injection
2.1.1. Equations of the continuous phase
2.1.2. Behaviour of fuel drops described with Lagrange's equations
2.1.2.1. Equation of speed
2.1.2.2. Equation of movement
2.1.2.3. Equation of change of drop mass
2.1.2.4. Equation of enthalpy of fluid drops
2.1.3. Charge movement in the cylinder based on the stochastic model of turbulence
2.1.4. Model of drop rebouncing
2.2. Hiroyasu's fuel injection model
2.3. PICALO Model of fuel injection
2.4. Analysis of the mathematical model of fuel injection using KIVA II and KIVA 3V programmes
2.4.1. Shaping of fluid jest
2.4.2. Analysis of fuel drop breakup
2.4.3. Analysis of fuel drops evaporation rate
2.4.4. Analysis of the resistance force of fuel drop movement
2.4.5. Turbulence of charge in combustion chamber
3. Numerical model of the injection and combustion process in a gasoline direct injection engine
3.1. Modelling of the injection and combustion processes using KIVA II programme
3.1.1. Geometry and parameters of the calculation model
3.1.2. Analysis of the gaseous phase participation
3.1.3. Analysis of temperature distribution in the cylinder of GDI engine
3.1.4. Analysis of pressure distribution in the cylinder of GDI engine
3.1.5. Analysis of toxic components
3.2. Modelling of the injection and combustion process by means of KIVA 3V programme
3.2.1. Geometry of the calculation model
3.2.2. Parameters of the calculation model
3.2.3. Analysis of the gaseous phase participation
3.2.4. Analysis of temperature distribution in the cylinder of GDI engine
4. Test bed investigation
4.1. Visualization of the injection and combustion process in a GDI engine
4.1.1. Comparison of various visualization systems
4.1.2. Investigation object
4.1.3. Test bed for visualization using AVL Engine Videoscope 513D apparatus
4.1.4. Visualization process on the test bed
4.1.5. Treatment and analysis of pictures of the recorded phenomena
4.1.6. Investigation results
4.1.6.1 Visualization of injection and combustion in engine working on stratified charge
4.1.6.2. Visualization of injection and combustion in engine working on homogeneous mixture
4.1.6.3. Comparison of analytical calculations with actual visualization
4.2. Test bed investigations of the 4G93GDI engine
4.2.1. Measurement results
4.2.1.1. Speed characteristics of Mitsubishi GDI engine
4.2.1.2. Load characteristics of Mitsubishi GDI engine
4.2.1.3. Analysis of toxic components in exhaust gases
5. Determination of the total efficiency of a GDI engine based on test bed investigation results
6. Discussion on investigation results
7. References

Przed konstruktorami silników benzynowych stawia się coraz to wyższe wymagania ze względu na problem ekologii oraz podniesienia osiągów silnika przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa. Spełnienie tych wymagań jest możliwe dzięki poznaniu zjawisk zachodzących wewnątrz cylindra silnika, doboru odpowiednich optymalnych parametrów procesu wtrysku paliwa jak również określenia kształtów geometrycznych komory spalania oraz denka tłoka.

Wszystkie te parametry istotnie wpływają na poprawę osiągów silników benzynowych oraz zwiększają ich sprawność. Zwiększenie sprawności związane jest przede wszystkim ze zmianą sposobu zasilania, czyli poprzez odpowiednią regulację składu mieszanki paliwowo - powietrznej w zależności od prędkości obrotowej oraz obciążenia, dlatego też spalanie ubogich mieszanek w silniku benzynowym z bezpośrednim wtryskiem benzyny ma zasadnicze znaczenie dla podniesienia sprawności z równoczesnym zmniejszeniem emisji składników toksycznych spalin oraz zużyciem paliwa.

Tego rodzaju układy zasilania wykazują, że silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem benzyny oprócz korzyści wynikających ze spalania bardzo ubogich mieszanek posiada wiele innych zalet, a mianowicie:
- zużycie paliwa porównywalne z innymi silnikami o zapłonie samoczynnym,
- większa moc niż w innych silnikach z zapłonem iskrowym z wielopunktowym wtryskiem paliwa.
Konstruktorowi silnika chodzi przede wszystkim o powiększenie sprawności ogólnej, a nie tylko jednej ze sprawności cząstkowych wchodzących w jej skład, dlatego też zrozumiała jest gruntowna analiza wyżej wymienionych czynników decydujących o jej wartości rzeczywistej.

Dodatkowym atutem przy projektowaniu jest możliwość symulacji komputerowej zjawisk zachodzących w cylindrze oraz opracowywania modeli matematycznych, które pozwalają na bardzo szybkie obliczanie interesujących nas parametrów. Zastosowanie tego rodzaju metod obliczeń pomaga przy ustalaniu wstępnych założeń konstrukcyjnych oraz daje możliwość projektowania dowolnych kształtów współpracujących części w celu doboru jak najlepszych rozwiązań.

Celem niniejszej pracy jest wykazania zwiększenia sprawności ogólnej silnika GDI (Gasoline Direct Injection - Bezpośredni Wtrysk Benzyny) w zależności od jakości uwarstwionej mieszanki i zakresu obciążenia. Przeprowadzono badania stanowiskowe w celu wizualizacji procesu wtrysku paliwa oraz spalania ubogich mieszanek w cylindrze silnika benzynowego z bezpośrednim wtryskiem benzyny. Wykonano modele matematyczne oraz symulacje komputerowe dla różnych wariantów uwarstwienia mieszanki. Do obliczeń zastosowane będą programy wykorzystujące metodę elementów skończonych (MES) oraz różnic skończonych. Powiązanie ze sobą badań stanowiskowych i modelowania komputerowego ma na celu gruntowną analizę tego rodzaju zasilania i na jej podstawie określenie zwiększenia sprawności ogólnej silnika benzynowego w określonych stanach pracy.

Za pomocą najnowszych programów symulacyjnych KIVA II oraz KIVA 3V przedstawione zostały możliwości nowoczesnych metod obliczeniowych przebiegów temperatur, ciśnień, powstawania składników toksycznych w czasie procesu spalania ładunku uwarstwionego. Wykorzystane w obliczeniach skomplikowane modele matematyczne opisujące zachodzące procesy wewnątrz cylindra silnika pozwalają na tworzenie skomplikowanych modeli wirtualnych, które w zadawalający sposób odzwierciedlają warunki rzeczywiste. Poprawność wyników obliczeń zdeterminowana jest jakością danych wejściowych, które możemy uzyskać w oparciu o badania modelowe. W części doświadczalnej omówione zostały badania na stanowisku badawczym z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury do wizualizacji procesów wewnątrz cylindra. Zakres badań będzie obejmował przeprowadzenie wizualizacji procesu spalania w silniku GDI dla różnych rodzajów obciążeń i parametrów tworzonej mieszanki paliwowo-powietrznej której celem jest analiza procesów zachodzących wewnątrz cylindra obejmująca przygotowanie mieszanki oraz jej spalanie. Za pomocą wizualizacji została przeprowadzona obserwacja przemieszczania się strugi paliwa od momentu wtrysku, kolejno odbicie paliwa od denka tłoka aż po dojście pod szczelinę między elektrodami świecy zapłonowej oraz rozprzestrzenianie się płomienia od momentu zapłonu do końca procesu spalania.
Celem wizualizacji jest określenie i dobranie jak najkorzystniejszych parametrów wtrysku dla pracy silnika podczas spalania uwarstwionego ładunku (ultra uboga mieszanka).

Do określenia sprawności ogólnej silnika benzynowego z bezpośrednim wtryskiem paliwa zostały przeprowadzone badania stanowiskowe których celem będzie wyznaczenie charakterystyk prędkościowych i obciążeniowych badanego silnika. Na ich podstawie będzie można określić sprawność ogólną silnika benzynowego z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Powiązanie metod komputerowych i badań modelowych z badaniami stanowiskowymi daje dokładny opis procesów zachodzących w cylindrze oraz znaczne obniżenie kosztów wytworzenia i modyfikacji elementów silnika spalinowego.

Praca napisana została w języku angielskim i w ogólności dotyczy komputerowego modelowania procesu wtrysku oraz spalania paliw w nowoczesnym silniku typu GDI, charakteryzującym się bezpośrednim wtryskiem paliwa oraz przygotowaniem uwarstwionej mieszanki paliwowo-powietrznej. Zagadnienia związane z tą problematyką należą więc do bardziej złożonych, a ponadto w dostępnej literaturze nie ma zbyt wiele pozycji z tego zakresu. Ważnym elementem pracy są zaprezentowane badania stanowiskowe, których wyniki umożliwiły wyznaczenie sprawności ogólnej silnika GDI. Podjęcie się napisania opiniowanej pracy uważam za celowe i bardzo aktualne oraz ważne z punktu widzenia naukowo-poznawczego, a także utylitarnego. Książka niewątpliwie wzbogaci istniejące źródła literaturowe o nową pozycję, zawierającą" ważne badania poznawcze, a także szeroką i gruntowną analizę w dziedzinie spalania ładunków uwarstwionych. Wydana książka będzie ważną pozycją poszukiwaną przez specjalistów zajmujących się tematyką dotyczącą m. in. mechatronicznych układów sterowania procesem wtrysku oraz spalania paliw w nowoczesnych silnikach spalinowych.

prof. dr hab inż. Stefan Postrzednik

• Zamówienia przyjmujemy telefonicznie lub pocztą elektroniczną.
• Forma płatności - przedpłata.
• Zamówione wydawnictwa wraz z fakturą wysyłamy pocztą na koszt odbiorcy po zaksięgowaniu wpłaty.

Numer konta na które należy dokonywać wpłaty:
Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Nowym Sączu
PKO SA 15124047481111000048694221

Prosimy o podanie dokładnych danych tele-adresowych oraz numeru NIP do faktury VAT.

Kontakt w sprawie sprzedaży wydawnictw PWSZ

Agata Witrylak

Tel.: 018 547 56 10
E-mail: wydawnictwo@pwsz-ns.edu.pl