Особенности: регулируемые фазы газораспределения, впускная труба с изменяемой геометрией. Дает увеличение энергетических показателей.
Нормы Евро 1 – 4.
По нормам Евро 3 и 4 изменена методика испытаний. Добавлен 40 секундный прогрев после холодного пуска и определение выбросов при температуре 266К или –7° С.
Главное при прогреве - обеднение топливной смеси, сокращение времени прогрева и разогрева катализатора. Альтернатива - совершенствование рабочего процесса. (Предельное обеднение, большие обороты, максимальная рециркуляция для быстрого прогрева).
Первый. Сгорание гомогенной стехиометрической топливной смеси (a =1), разбавленной продуктами рециркуляции отработанных газов и последующая нейтрализация в обычном 3х компонентном нейтрализаторе.
Второй. Сгорание гомогенной бедной смеси (a >1) с последующей нейтрализацией отработанных газов в 3х компонентном нейтрализаторе продуктов бедного сгорания.
Третий. Сгорание расслоенной ультра бедной смеси (a >>1), разбавленной отработанными газами, с последующей нейтрализацией из в 3х компонентном нейтрализаторе продуктов ультра бедного сгорания.
Все эти методы служат одной цели: уменьшение выбросов оксидов азота при одновременном улучшении топливной экономичности на режимах ездового цикла. При этом научные мнения расходятся, т.к. везде есть достоинства и недостатки, а фактической экспериментальной базы и знаний недостаточно.
Примечание. Вышеописанная классификация крайне условная, и в основном связана не с фактическим составом смеси, а с алгоритмами программы управления впрыском топлива. Именно с этой точки зрения и надо рассматривать результаты приведенного анализа. Расхождение мнений говорит о многом: неопределенность в дальнейшем развитии; тупиковая ситуация с теоретическими вопросами; другими словами говоря это кризисная ситуация в двигателестроении. Основная причина в неподготовленности к введению жестких норм по токсичности; но это еще часть айсберга; другая сторона в возникнет при постепенном сокращении нефтяных ресурсов. Может последовать полных или частичный кризис автомобильной промышленности; выживет тот кто грамотно уже сегодня распределит свои ресурсы в нужном направлении а именно проектирование нового двигателя 21 века, а также существенная модернизация существующего. Любые другие направления обречены. Попытки упрощенной модернизации неэффективны, они только переходный этап, именно временное и вынужденное решение существующей проблемы. Те директора и научные работники, а также все причастные к автомобильной отрасли, включая руководителей государств, которые правильно поймут ситуацию и грамотно в ней разберутся; смогут вырваться вперед и избежать последствий назревающей кризисной ситуации.
По существующему мнению больше всего шансов у стехиометрической топливной смеси; так как существует достаточная база и подготовка для этого. Однако при холодном пуске, прогреве и работе на ХХ, стехиометрический двигатель работает неустойчиво и нейтрализатор греется медленно. Кроме того на режиме полной нагрузки ДВС "недодает" мощность, что вполне естественно, из за несовершенства самого процесса и программы управления им.
Но опыт таких фирм как "Форд", "Хонда", "Тойота"; говорит о том, что данная стратегия дает возможность выполнить нормы Евро – 4, достаточно просто не меняя конструкцию ДВС с многоточечным впрыском и получая дополнительно 5% экономию на топливе.
Для этого надо иметь систему управления рециркуляцией, поддержку стехиометрического состава на частичных нагрузках; для обеспечения эффективной работы нейтрализатора.
Выхлопные газы имеют повышенную теплоемкость и смешиваясь с топливной смесью эффективно снижают ее температуру, следовательно уменьшается скорость образования оксидов азота; а также уменьшается теплоотдача в стенки и в связи с уменьшением дросселирования уменьшаются насосные потери и потери на диссоциацию продуктов горения. Следовательно уменьшается количество оксидов азота и сокращается расход топлива. Но это ведет к уменьшению скорости горения топливной смеси, делает работу ДВС нестабильной, особенно на малых нагрузках. Поэтому рециркуляцию ограничивают до 8 – 12%, но и это дает снижение оксидов азота до 60%.
Если применить процесс с быстрым сгоранием, то рециркуляцию можно увеличить до 25%, что позволит уменьшить содержание оксидов азота еще на 20%. Но здесь нужны конструктивные изменения камеры сгорания и оптимизация турбулизации потока смеси в цилиндре.
Другая не менее важная проблема. (Хотя ее решение может быть достаточно простой и альтернативной.) Это минимализация щелевых объемов между поршнем и стенками; поршневыми кольцами и гильзой и т.п. Потому, что все эти щели будучи малыми по объему, но заполненными сжатой топливной смесью, которая не сгорает и уносится с отработанными газами повышая до 40% содержание углеводородов в них.
Прим. Альтернативное решение: создание условий для заполнения данных объемов остаточными либо выхлопными газами или просто воздухом и проблема отпадает сама собой, при этом решая еще ряд дополнительных, причем решая мимоходом, попутно.
Горение бедной смеси без пропусков, достигнуто у японцев, за счет концентрации топливной смеси у свечи.
Конкретно многоструйный фазированный впрыск топлива на открытый клапан и вихревое, контролируемое интенсифицирование движения заряда в цилиндре. Прогрев уменьшено обедненной топливной смеси с a=1,03 (против a=0,89 у обычного ДВС) и меньшее опережение (угла подачи) зажигания; все это сокращает выбросы углеводородов и монооксида углерода, способствует увеличению температуры выхлопных газов.
Третий случай. Сгорание распределенной ультра бедной (a=1,8 – 3,5) смеси, разбавленной отработанными газами, связанной с технологией непосредственного впрыска бензина в цилиндр. Это главный резерв; снижение расхода до 20% и резкое сокращение выбросов. Но данный случай сложен в реализации. (Впрыск топлива; внутри цилиндрическое поле течения; геометрия камеры сгорания.) Все эти вопросы надо согласовывать; состав смеси у свечи всегда должен быть обогащенным, обеспечивая устойчивость горения на очень бедных смесях. Необходимо, что бы нагрузка на ДВС регулировала качественный состав топливной смеси, причем с низкими тепловыми и механическими потерями и соответственно низким удельным расходом.
Однако из – за локального (у свечи зажигания) стехиометрического сгорания и поэтому высокой скорости выделения теплоты, на режимах ХХ и малых нагрузок увеличивается количество выбросов оксидов азота, больше чем при гомогенном сгорании, даже если в среднем по цилиндру (a >> 3,5) смесь очень бедная. Решить вопрос может стратегия рециркуляции, причем с послойно с воздухом. Все хорошо на малых нагрузках, при больших – происходит локальное переобогащение топливной смеси, высокая турбулёнтность и расслоения не получается (на больших оборотах); дополнительно при большой подаче – стехиометрическое горение и увеличение выбросов азота и сажи. Получается на подобных режимах гораздо лучше использовать гомогенное бедное горение ! Это еще один довод в пользу карбюратора (или аналога) в комплексе с оптимизатором горения.
Два режима: на малых – бедное расслоенное горение с разбавлением остаточными газами, на всех остальных; включая режим холодного пуска и прогрева гомогенное бедное сгорание. Желательно без существенного изменения конструкции.
Кроме того для равномерной (без рывков) работы ДВС при резком обогащении (обеднении) смеси требуется сложная система управления, обеспечивающая синхронный контроль продолжительности и фазы впрыска, угла зажигания и положение дросселя, дополнительно контроль потоков внутри цилиндра и режим рециркуляции. Альтернатива: довольно простые алгоритмы стехиометрического двигателя с непосредственным впрыском.
|
