Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Совершенствование систем топливоподачи и зажигания
Определяющее влияние на состав ОГ оказывает состав смеси, характеризуемый коэффициентом избытка воздуха (α ) (рис.3). СО, СО2, Рисунок 3 – Влияние коэффициента избытка воздуха (α ) на состав ОГ Рисунок 4 – Влияние угла опережения зажигания (φ о.з.) на выброс NOx и CH с ОГ Возрастание концентрации в ОГ таких компонентов, как СО и СН по мереобогащения смеси объясняется увеличением дефицита кислорода. С другой стороны, на очень бедных смесях концентрация СН возрастает из-за появляющихся пропусков воспламенения от искры. Концентрация NOx по мере обогащения смеси до возрастает вследствие увеличения количества О2 в ОГ и температуры в процессе горения.При дальнейшем обеднении смеси определяющее значение приобретает снижение температуры сгорания. С другой стороны, угол опережения зажигания ( .) также сильно влияет на выброс NOx и СН (рис. 4). Это влияние связано с тем, что при увеличении ( ) возрастает температура процесса сгорания, а вместе с ней и количество образующихся NОх С уменьшением ( )и сгорание всё больше переносится на линию расширения, возрастает температура ОГ в конце процесса расширения и в системе выпуска, что обеспечивает более полное окисление СН. Поэтому на начальном этапе борьбы за снижение токсичности ОГ использовался главным образом комплекс мероприятий, направленных на увеличение полноты сгорания топлива путем оптимизации дозирования горючей смеси и более надежного и стабильного ее поджигания. Это достигалось в результате некоторого обеднения горючей смеси, улучшения характеристик карбюратора (сужение поля допусков), выключения подачи бензина на режимах принудительного холостого хода (экономайзер принудительного холостого хода). Большое внимание уделено системе холостого хода карбюратора: были несколько обеднены регулировки, введены ограничения на возможное изменение состава смеси при эксплуатационных регулировках с помощью соответствующих винтов. Все указанные мероприятия способствовали значительному уменьшению выбросов СО и СН. С этой же целью перешли к замкнутым системам вентиляции картера. На некоторых режимах для уменьшения выбросов СН и NOX угол опережения зажигания устанавливался меньше значения, обеспечивающего оптимальную экономичность. Определенный вклад в снижение токсичности ОГ двигателей с искровым зажиганием внесло увеличение использования сжатого и сжиженного газов. В этом смысле сжиженный газ менее эффективен, так как уменьшение токсичности ОГ достигается, главным образом только в результате сжигания более бедных смесей, чем при работе на бензине. Перевод двигателей на питание сжатым природным газом дает заметный экологический эффект из-за значительного отличия элементного состава природного газа и бензина. Например, при испытаниях в среднем регистрируется выброс СО в 2 раза, СН на 15...40%, a NOX на 15% меньше норм по ОСТ 37.001.054-86. Одновременно при работе на сжатом газе регистрируется меньший выброс СО2 и отсутствие тяжелых углеводородов. Опыт показывает, что оптимизация состава смеси и угла опережения зажигания не дает возможность при работе на газе выполнить нормы Евро II. Резервы снижения токсичности ОГ карбюраторных двигателей традиционной конструкции указанными выше способами к настоящему времени практически исчерпаны, и это потребовало разработки и применения специальных мероприятий, без которых удовлетворение норм Евро II (и тем более норм Евро III) оказалось невозможным. Рециркуляция ОГ Рециркуляция осуществляется посредством перепуска отработавших газов из системы выпуска во впускную систему (рис.5). В двигателях с переменными фазами газораспределения при раннем открытии выпускного клапана больше отработавших газов остаётся в цилиндре, благодаря чему обеспечивается так называемая внутренняя рециркуляция". В результате этого для получения требуемой мощности необходимо сильнее открыть дроссельную заслонку, то есть возрастает масса рабочей смеси (с соответствующим увеличением ее теплоемкости), что обусловливает уменьшение температуры сгорания, а значит и уменьшение образования оксида азота. Следовательно, рециркуляция ОГ используется для уменьшения выбросов NOX. Рисунок 5 - Схема системы рециркуляции ОГ: 1 - электронный блок управления; 2 - датчик положения дроссельной заслонки;. 3 - клапан рециркуляции с электроприводом; 4 - -зонд (индикатор состава смеси); 5 – нейтрализатор. При рециркуляции несколько уменьшаются насосные потери в процессе впуска, что создает предпосылки для улучшения топливной экономичности двигателя. Кроме того, при рециркуляции снижаются потери на диссоциацию и теплоотдачу, а термический кпд цикла возрастает (из-за снижения удельной теплоемкости вследствие уменьшения температуры и соответствующего увеличения показателя адиабаты продуктов сгорания). С другой стороны, по мере увеличения рециркуляции ОГ затягивается процесс тепловыделения, усиливается невоспроизводимость последовательных циклов и возрастает выброс СН. Вследствие совместного действия перечисленных факторов с ростом рециркуляции ОГ экономичность двигателя сначала несколько улучшается, а затем ухудшается, что и ограничивает целесообразную степень рециркуляции Rc. (1) где МR, Мт, МВ-масса рецеркулирующих газов, топлива и воздуха, соответственно. В зависимости от нагрузки двигателя оптимальную степень рециркуляции необходимо изменять: с увеличением нагрузки возрастает максимальная температура цикла и обедняется горючая смесь, поэтому Rc следует увеличивать. При полном открытии дроссельной заслонки рециркуляция ОГ не позволит получить максимальную мощность, поэтому целесообразно на этих режимах обеспечить Rc= 0. Изменение Rc в зависимости от нагрузки осуществляется специальным клапаном рециркуляции. В простейшем варианте клапан рециркуляции представляет собой дозатор мембранного типа (рис.6). Рисунок 6 - Мембранный клапан рециркуляции: 1 - корпус; 2 - мембрана; 3 - шток; 4 - дросселирующий элемент; 5 - впускной трубопровод; 6 - пружина Клапан выполняют как отдельный узел, связанный с выпускным и впускным трубопроводами. Шток 3 перекрывает перепускной канал дросселирующим клапаном 4. Верхний конец штока 3 связан с подпружиненной мембраной 2, полость над которой сообщается с впускным трактом (до дроссельной заслонки). Чем больше нагрузка двигателя, тем больше разрежение над мембраной и тем сильнее открыт дросселирующий клапан. Максимальное открытие клапана 4 и соответственно наибольшая величина Rc достигаются на режиме полной нагрузки, если на этом режиме не предусмотрено отключение рециркуляции. Возврат штока и дросселирующего клапана в начальное положение осуществляется пружиной 6. В конструкции клапана рециркуляции используются жаростойкие и коррозионностойкие материалы, обеспечивающие надежную работу в условиях высоких температур в среде химически агрессивных продуктов сгорания. Подачу отработавших газов во впускной трубопровод организуют таким образом, чтобы обеспечить равномерное их распределение по всем цилиндрам двигателя. В более совершенных современных системах рециркуляции используется электропривод клапана (рис.7), что позволяет реализовать более выгодный закон изменения R, в зависимости от режима работы двигателя. Рисунок 7 - Клапан рециркуляции с шаговым двигателем: 1 - канал, связанный с впускной системой; 2 - фланец клапана; 3 - дросселирующий элемент; 4 - управляемый шаговый двигатель Например, с 1992 г. фирма Rochester начала выпускать клапан рециркуляции с непрерывным управлением долей перепускаемых ОГ. В основу работы такого устройства (рис.7) положено осевое позиционирование дросселирующего элемента 3 с помощью шагового двигателя 4. При этом положение элемента 3 определяется с помощью специального датчика перемещения. Клапан отличается компактностью и высокой эффективностью. Фирма Pierburg выпускает для двигателей с искровым зажиганием пять систем, включающих в себя три разных клапана рециркуляции (с шибером и коническим клапаном) с электромагнитным приводом и с приводом от шагового двигателя. Клапаны обеспечивают расход ОГ от 0, 5 до 20...50 кг/ч при перепаде давления 200...300 мбар. Вес клапанов в сборе не превышает 400...700 граммов. Системы фирмы Pierburg обеспечивают изменение Rc в зависимости от нагрузки, частоты вращения и температуры жидкости в системе охлаждения двигателя. Большое значение придается работе систем рециркуляции на переходных режимах. Большинство конструкций имеет высокие динамические характеристики: время открытия и закрытия клапанов не превышает 20...100 мс, что способствует значительному снижению выбросов NOX при испытаниях по ездовым циклам. Анализ теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, показывает, что при рециркуляции максимальная температура цикла (Tz) уменьшается приблизительно на 100 градусов на каждые 5% присадки ОГ. Такое же снижение Tz может быть получено при увеличении на 0, 05 (от начального = 1, 0). С точки зрения термодинамического воздействия на Tz и на термический КПД цикла рециркуляция ОГ и обеднение смеси не имеют существенных различий. В то же время при рециркуляции ОГ концентрация кислорода в горючей смеси и продуктах сгорания не изменяется, а при обеднении смеси она возрастает, поэтому рециркуляция ОГ из-за большего затягивания процесса сгорания более эффективна, чем обеднение смеси. Это обстоятельство вместе с ухудшением процессов воспламенения и сгорания при значительном обеднении смеси и объясняет, почему в двигателях с традиционной организацией рабочих процессов предпочтение отдается применению рециркуляции ОГ как способу снижения выбросов NOX. В некоторых двигателях рециркуляция может достигать 40%, что позволяет бензиновому двигателю на малых нагрузках работать без дросселирования. Нейтрализация ОГ Многочисленные работы показали, что улучшение процесса сгорания, оптимизация управления составом смеси и углом опережения зажигания не позволяют снизить токсичность ОГ до уровня, который обеспечил бы выполнение норм Евро II. В связи с этим для снижения выбросов токсичных веществ широко используется специальная обработка (нейтрализация) отработавших газов в выпускной системе двигателя. Устройства, предназначенные для обработки ОГ, называются нейтрализаторами. Сейчас используются нейтрализаторы двух типов: каталитические и термические. В первых процессы нейтрализации интенсифицируются за счет применения катализаторов, а во вторых - за счет высокой температуры с добавлением к ОГ воздуха. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 928; Нарушение авторского права страницы