Формирование комплексной математической модели системы низкого давления топлива, разработка и верификация её компонентов для автомобилей с бензиновыми двигателями на интегрированной программной платформе Simcenter AMESim

Введение (постановка задачи и актуальность). Для обеспечения соответствия возрастающим стандартам экологической безопасности автомобилей и сокращения потребления топлива перспективным направлением совершенствования транспортных средств становится разработка высокоэффективных топливных систем, минимизирующих выброс паров топлива. Одна из таких систем – система низкого давления топлива. Для формирования комплексной математической модели необходимо разработать и верифицировать её основные компоненты, учитывая при этом компоновку деталей топливной системы современных автомобилей. Поэтому актуальными являются исследования процессов, происходящих в системе низкого давления топлива (СНДТ) с целью их усовершенствования.

Цель исследования – разработать и испытать компоненты СНДТ с целью создания комплексной математической модели. Определить диапазон рационального управления подачей топлива.

Методология и методы. В работе выполнен анализ конструкции элементов СНДТ. Определены условия функционирования компонентов топливной системы сложной конфигурации. Использованы аналитические методы термодинамических процессов с их моделированием в программном комплексе Simcenter AMESim.

Результаты и научная новизна. Установлено, что КПД центробежных бензонасосов определяется только их подачей и не зависит от напора. Показано, что при снижении подачи топлива в два раза КПД насоса уменьшается на четверть. Определены пределы экономичного управления подачей топлива при переходе на частичные нагрузки, не превышающие 30–40% от номинального значения. Определено, что интервал может быть расширен при понижении давления топлива или при реализации дискретного управления в системах с двумя бензонасосами.

Практическая значимость. Полученные зависимости позволяют составить оптимальные алгоритмы управления системой низкого давления топлива для решения статических и динамических задач, в зависимости от расходных характеристик бензонасоса, от расхода активного потока струйных насосов. Получена формула, в которой представлена зависимость минимальной величины коэффициента избытка подачи бензонасоса от коэффициентов эжекции заборного и переливного струйных насосов.

1. Сайкин А.М., Тер-Мкртичьян Г.Г., Карпухин К.Е., Переладов А.С., Журавлёв А.В., Якунова Е.А. Экологические проблемы современных транспортных средств, в том числе электромобилей // Вестник машиностроения. – 2017. – № 2. – С. 84–87. EDN: VWRPGG.

2. Saykin A.M., Ter-Mkrtichyan G.G., Karpukhin K.E., Pereladov A.S., Zhuravlev A.V., Yakunova E.A. Air quality within vehicles // Russian Engineering Research. – 2017. – V. 37. – No. 5. – P. 424–427.

3. Гимадиев А.Г., Грешняков П.И., Синяков А.Ф. LMS Imagine. Lab AMESim как эффективное средство моделирования динамических процессов в мехатронных системах: учебное пособие. – Самара: СамНЦ РАН, 2014. – 138 с.

4. Яманин А.И., Кутенёв В.Ф., Тер-Мкртичьян Г.Г. Расчёт быстропеременных процессов в среде ANSYS/LS-DYNA: учебное пособие. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2011. – 92 с.

5. Tao Xx., Guo Yq., Zhao Wl. Modeling, simulation and control of electric fuel supply unit / Advances in Guidance, Navigation and Control, ICGNC 2022: Lecture Notes in Electrical Engineering, v. 845. – Singapore: Springer, 2023. https://doi.org/10.1007/978-981-19-6613-2_672.

6. Si G., Li B., Li M., Zhou C., Lu L., Zhang Z. Design and dynamic-static characteristics analysis of electric fuel pump boost valve / The 8th International Conference on Advances in Construction Machinery and Vehicle Engineering, ICACMVE 2023: Lecture Notes in Mechanical Engineering. – Singapore: Springer, 2024. https://doi.org/10.1007/978-981-97-1876-4_7.

7. Системы управления бензиновым двигателем / BOSCH; пер. с нем. – М.: ООО «Книжное изд-во «За рулём», 2005. – 432 с.

8. Reif K. Gasoline engine management: systems and components. – Wiesbaden: Springer Fach Medien Wiesbaden, 2015. – 363 p.

9. VW Service Training. Self-study Program 334. The fuel system in FSI engines. Design and Function. – Wolfsburg: VOLKSWAGEN AG, 2004. – 20 p.

10. VW Service Training. Self-study Program 261. Passat 4.0 W8 4 motion. – Wolfsburg: VOLKSWAGEN AG, 2005. – 52 p.

11. The Audi 2.5l TFSI Engine EA855 EVO Series. Self Study Program 920273. – Audi of America, 2017. – 61 p.

12. The Amarok 2023 – 2.3 I TSI engine. Service Training. – Wolfsburg: VOLKSWAGEN AG, 2025. – 67 p.

13. Тер-Мкртичьян Г.Г., Теренченко А.С., Бала- шов Д.Ю., Глатерман А.В., Арабян М.Е. Основные взаимосвязи расходных характеристик насосов топливных систем низкого давления в баках сложной конфигурации // Труды НАМИ. – 2018. – № 4 (275). – С. 57–66. EDN: YQKAHB.

14. Тер-Мкртичьян Г.Г., Теренченко А.С., Балашов Д.Ю., Глатерман А.В., Арабян М.Е. Сравнительный анализ способов управления системой низкого давления топлива на основе материального и энергетического балансов // Труды НАМИ. – 2019. – № 1 (276). – С. 12–22. EDN: ELGBRQ.

15. Кутенёв В.Ф., Тер-Мкртичьян Г.Г., Зленко М.А. Пути повышения топливной экономичности автомобильных двигателей на режимах частичных нагрузок // Труды НАМИ. – 1988. – № 203. – С. 7–19.

16. Сазонов Ю.А. Расчёт и конструирование струйных аппаратов. Учебное пособие. – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2016. – 64 с.

17. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.

18. Aldas K., Yapici R. Investigation of effects of scale and surface roughness on efficiency of water jet pumps using CFD // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. – 2014. – V. 8. – No. 1. – P. 14–25.

19. BMW Service. Technical training. Product information F30. – Munich: BMW AG, 2011. – 50 p. 20. BMW Service. Technical training. Product information B57. – Munich: BMW AG, 2018. – 190 p.