تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

اندازه‌گیری جرم سوخت تزریقی به چرخه موتور با معرفی یک سامانه سوخت‏‌رسانی با گاز فشرده (سوگاف)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
10.22034/er.2026.2076356.1111
چکیده
بکارگیری روش‌های نوین و خلاقانه در طراحی موتورهای احتراق داخلی امری ضروری برای توسعه چشمگیر صنایع خودروسازی است. در موتورهای اشتعال جرقه‌ای با مدار سوخت‏‌رسانی متداول (سومُت)، مقدار سوخت پاششی افشانه‏ علاوه بر دورة پاشش، قویا به فشار پشت افشانه‏ و فشار محل پاشش سوخت وابسته است. فشار محل پاشش به دلیل پدیده‌های قطع و وصل جریان هوا و کسر تبخیر سوخت قابل مهار نیست و موجب پیچیدگی‌هایی در برآورد مقدار سوخت پاششی می‌شود. در کار حاضر برای برآورد مقدار جرم سوخت پاششی به هر چرخه‏، یک سامانه سوخت‏‌رسانی با گاز فشرده (سوگاف) طراحی شد. در این مطالعه یک موتور تک استوانه اشتعال جرقه‌ای پژوهشی تحت شرایط کاری معین استفاده شد. ابتدا به ازای دوره پاشش مشخص با سامانه سوخت‏‌رسانی متداول موتور، داده‌های تجربی فشار استوانه‏ و چندراهه ورودی، نقطه مکث بالا و زاویه میل‌‏لنگ برای بیش از 550 چرخه‏ متوالی استخراج شد. سپس با روش سوگاف در فشار گازهای مختلف علاوه بر داده‌های مذکور، حجم سوخت مصرفی بیش از 2500 چرخه‏ متوالی اندازه‌گیری و ذخیره شد. با این روش سوخت تزریقی به هر چرخه‏ برآورد شد. برای پیدا کردن فشار گازی که عملکرد همسانی را با روش سومُت نتیجه دهد تلاش فراوانی بعمل آمد و آزمایشی که فشار گاز آن 0.25 بار بیشتر از فشار خط سومُت بود عملکرد نسبتاً همسانی را نشان داد. در این مطالعه داده‌های این دو حالت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان داد که متغیرهای عملکردی روش سوگاف با فشار 0.25 بار بیشتر، عملکرد همسانی را با روش سومُت داشت، ضمن اینکه امکان اندازه‌گیری جرم سوخت بر چرخه‏ نیز فراهم بود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Measuring the mass of fuel injected into the engine cycle by introducing a gas pressure fueling system

نویسندگان English

Majid Ataee Tarzanagh 1
Ebrahim Abdi Aghdam 1
Seyyed Kazem Yekani 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Innovation in internal combustion engine design is crucial for advancing the automotive industry. In conventional spark-ignition (SI) engines, the mass of fuel delivered by the injector is highly dependent on the pressure differential across it and the injection duration. However, the downstream pressure at the injection point is difficult to control due to complex phenomena such as airflow separation and fuel vaporization, which complicates the accurate estimation of injected fuel mass. This study introduces a Gas Pressure Fueling System (GPFS) designed to enable precise, cycle-by-cycle measurement of injected fuel mass. Experiments were conducted on a single-cylinder research SI engine under specific operating conditions. First, baseline data were collected using a Conventional Engine Fueling System (CEFS) for over 550 consecutive cycles, recording cylinder pressure, intake manifold pressure, Top Dead Center (TDC), and crank angle signals. Subsequently, the engine was operated with the GPFS at various gas pressures, and for over 2500 consecutive cycles, the same engine parameters were recorded along with the total volume of consumed fuel, allowing for the estimation of the fuel injected per cycle. An extensive search identified a GPFS operating point that replicated the engine performance of the CEFS. A configuration with a gas pressure set 0.25 bar above the CEFS fuel line pressure was found to yield comparable performance. The data from these two cases—the baseline CEFS and the optimized GPFS—are examined and compared. The results demonstrate that the GPFS, operating at a 0.25 bar pressure increase, successfully matches the performance of the conventional system while simultaneously enabling the direct measurement of cycle-resolved injected fuel mass.

کلیدواژه‌ها English

Spark-Ignition Engine
Mass Of Fuel Injected
Intake Port Injection
Fueling System
[1] Abdi Aghdam E, Ataee Tarzanagh M, Kanani J. The output performance of the 25% gasoline-75% NG combination mode and its comparison with NG mode. The Journal of Engine Research. 2024 Mar 20;71(1):40-51. doi: 10.22034/er.2024.2025041.1037 [In Persian]
[2] Abdi Aghdam E, Ataee Tarzanagh M. The effect of burned residual gases on optimum ignition timing using skip fire technique. The Journal of Engine Research. 2022 Nov 27;50(50):67-75. [In Persian]
[3] Piano A, Pucillo F, Millo F, Giordana S, Rapetto N, Schuette C. Experimental investigation on the optimal injection and combustion phasing for a direct injection hydrogen-fuelled internal combustion engine for heavy-duty applications. International Journal of Hydrogen Energy. 2025 Jan 27;100:398-406. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.12.194
[4] Behrad R, Abdi Aghdam E, Ghaebi H. Experimental study of knocking phenomenon in different gasoline–natural gas combinations with gasoline as the predominant fuel in a SI engine. Journal of thermal analysis and calorimetry. 2020;139(4):2489-97. doi: 10.1007/s10973-019-08579-w
[5] Heywood JB. Internal combustion engine fundamentals. 2nd ed. McGraw-Hill Education; 2018.
[6] Syamsulbahri WS, Suhaimy AD, Abidin SF, Hushim MF, Manshoor B, Zaman I. Effects of Fuel Additive on Combustion, Performance and Emissions of Internal Combustion Engine. Fuel, Mixture Formation and Combustion Process. 2022;4(2).
[7] Yekani SK, Abdi Aghdam E, Sarabi M. An experimental investigation of knock limit, performance and economic parameters in a gasoline-natural gas dual fuel spark-ignition engine at the compression ratio of 10. Journal of Energy Management and Technology. 2023 Mar 1;7(1):1-0. doi: 10.22109/jemt.2022.320776.1358
[8] Guzzo ME, Fonseca LG, Baeta JG, Rodrigues Filho FA, Pujatti FJ. Experimental Investigation of Spray Characteristics Direct Injected in Atmospheric Ambient Conditions by an Inwardly-Opening Pressure Swirl Injector. SAE Technical Paper; 2024 Dec 20. doi: 10.4271/2024-36-0142
[9] Postrioti L, Maka C, Martino M. Analysis of injected mass shot-to-shot dispersion and injection rate profile for a PFI injector in actual operating conditions. SAE Technical Paper; 2025 Nov 3. doi: 10.4271/2025-32-0019
[10] Hu Z, Yuan S, Wei H, Huang Z, Wei H, Chan SH, Zhou L. High-pressure injection or low-pressure injection for a direct injection hydrogen engine?. International Journal of Hydrogen Energy. 2024 Mar 15;59:383-9. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.02.018
[11] Chuepeng S. Effects of heated ethanol on retrofit single-hole gasoline injector performance. Case Studies in Thermal Engineering. 2016 Sep 1;8:245-9. doi: 10.1016/j.csite.2016.08.003
[12] Wang Y, Long W, Lu M, Dong P, Tian H, Wang Y, Xie C, Tang Y, Zhang W. A quasi-dimensional model of multiple-cycle fuel film evaporation in a port fuel injection spark-ignition methanol marine engine. Energy. 2024 Nov 1;308:132992. doi: 10.1016/j.energy.2024.132992
[13] Abdullah NR, Shahruddin NS, Mamat AM, Kasolang S, Zulkifli A, Mamat R. Effects of air intake pressure to the fuel economy and exhaust emissions on a small SI engine. Procedia Engineering. 2013 Jan 1;68:278-84. doi: 10.1016/j.proeng.2013.12.180
[14] Araki M, Sakairi K, Kuribara T, González Palencia JC, Shiga S, Ishima T, Haibara T, Mitani S. Effects of injection parameters on the amount of wall-wet fuel in a port-fuel-injected spark-ignition engine during cold start. International Journal of Engine Research. 2021 Jan;22(1):184-98. doi: 10.1177/1468087419837768
[15] Kuboyama T, Yoshihashi T, Moriyoshi Y, Nakabeppu O, Takayama S. Measurement of Liquid Fuel Film Attached to the Wall in a Port Fueled SI Gasoline Engine. SAE International Journal of Advances and Current Practices in Mobility. 2023 Oct 24;6(2023-01-1818):2314-20. doi: 10.4271/2023-01-1818
[16] Abdi Aghdam E, Sarabi M. Calibration of gasoline-natural gas spark ignition engine injectors and comparison of the experimental results of the working conditions and emissions of the combination-burning mode with the single-burner. Mechanical Engineering, University of Tabriz. 2022 Apr 21;52(1):109-17. doi: 10.22034/JMEUT.2021.44065.2829 [In Persian]
[17] Ferrari A, Gurrì S, Vento O. Injected Fuel Mass and Flow Rate Control in Internal Combustion Engines: A Systematic Literature Review. Energies. 2024 Dec 21;17(24):6455. doi: 10.3390/en17246455
[18] Rojas-Reinoso V, Duque-Escobar S, Guapulema-Guapulema C, Soriano JA. Study of the Variation of Fuel Pressure to Improve Spraying and the Range of the Injection Jet. Energies. 2023 Jul 19;16(14):5472. doi: 10.3390/en16145472

  • تاریخ دریافت 25 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 09 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 08 اردیبهشت 1405