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.


Поделиться:



Популярное:

  1. Cистемы зажигания двигателей внутреннего сгорания, контактная сеть электротранспорта, щеточно-контактный аппарат вращающихся электрических машин и т. п..
  2. Cистемы зажигания двигателей внутреннего сгорания, контактная сеть электротранспорта, щеточно–контактный аппарат вращающихся электрических машин и т. п..
  3. I) Получение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы, по возмущению относительно выходной величины, по задающему воздействию относительно рассогласования .
  4. I. Естествознание в системе науки и культуры
  5. I. Логистика как системный инструмент.
  6. I. ПОЧЕМУ СИСТЕМА МАКАРЕНКО НЕ РЕАЛИЗУЕТСЯ
  7. I. РАЗВИТИИ ЛЕКСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЯЗЫКА У ДЕТЕЙ С ОБЩИМ НЕДОРАЗВИТИЕМ РЕЧИ
  8. I. Совершенствование навыков приема мяча — 20 мин.
  9. II. О ФИЛОСОФСКОМ АНАЛИЗЕ СИСТЕМЫ МАКАРЕНКО
  10. II. Система обязательств позднейшего права
  11. II. Совершенствование навыков нападающего удара против блока—20 мин.
  12. II. Соотношение — вначале самопроизвольное, затем систематическое — между положительным мышлением и всеобщим здравым смыслом


Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 928; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.02 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь