Температура остаточных газов бензинового двигателя
Обновлено: 17.05.2024
Заряд смеси в цилиндре бензинового двигателя представляет собой массу смеси, оставшейся в цилиндре после закрытия впускных клапанов. Заряд состоит из топливно-воздушной смеси, поступившей в цилиндр до закрытия впускных клапанов, и остаточных отработавших газов.
Свежая топливовоздушная смесь
 |  |
Остаточные отработавшие газы в цилиндре бензинового двигателя
К остаточным отработавшим газам, входящим в состав заряда, относятся:
- Масса отработавших газов, оставшаяся в цилиндре, и не вытесненная из него за время открытого состояния выпускного клапана;
- При наличии системы рециркуляции отработавших газов — масса возвращенных отработавших газов.
Количество остаточных отработавших газов в цилиндре определяется циклом заряда. Они не оказывают прямого вклада в процесс сгорания топлива, но оказывают влияние на процессы зажигания и сгорания топлива в целом. При полностью открытой дроссельной заслонке количество остаточных отработавших газов должно быть как можно меньшим, чтобы обеспечить максимальную массу свежего воздуха и выходную мощность двигателя.
В то же время при частичной нагрузке присутствие остаточных отработавших газов желательно для снижения расхода топлива. Это достигается посредством более благоприятного цикла, за счет изменения состава смеси, а также снижения потерь на прокачивание, поскольку для подачи такого же заряда свежего воздуха требуется более высокое давление во впускном трубопроводе. Специально введенное количество остаточных отработавших газов может снизить содержание в отработавших газах оксидов азота (NOх) и несгоревших углеводородов (НС).
Регулирование заряда воздуха
Для двигателей с искровым зажиганием, с наружным и внутренним смесеобразованием и гомогенным зарядом смеси в цилиндре крутящий момент двигателя определяется величиной заряда воздуха. В отличие от этого, в случае внутреннего смесеобразования с избыточным количеством воздуха крутящий момент двигателя можно регулировать, изменяя количество впрыскиваемого топлива (работа с послойным распределением заряда топлива).
Дроссельная заслонка
На двигателях с электронной системой регулирования положения дроссельной заслонки (ЕТС) требуемый заряд воздуха вычисляется, исходя из желаемого значения крутящего момента двигателя (положения педали акселератора), в зависимости от которого дроссельная заслонка открывается на соответствующий угол.
В механических системах водитель сам изменяет степень открытия дроссельной заслонки, нажимая педаль акселератора.
Цикл подачи заряда смеси в цилиндр
Цикл подачи свежего заряда топливно-воздушной смеси и остаточных отработавших газов регулируется открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов. Критичными факторами являются продолжительность открытого и закрытого состояния клапанов и характеристика подъема клапана.
Изменение фаз газораспределения
Период перекрытия клапанов, когда впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, оказывает решающее влияние на массу отработавших газов, оставшихся в цилиндре. Количество свежей топливно-воздушной смеси и остаточных отработавших газов в цилиндре можно регулировать, изменяя характеристику подъема клапанов во времени (внутренняя рециркуляция отработавших газов).
Большой угол перекрытия клапанов (при раннем открытии впускного клапана) позволяет увеличить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов и поэтому может помочь в снижении выбросов NОx. Однако, т. к. рециркулирующие отработавшие газы вытесняют свежую топливно-воздушную смесь, раннее открытие впускного клапана также ведет к уменьшению максимального крутящего момента. Кроме того, чрезмерная рециркуляция отработавших газов, особенно при работе двигателя на холостом ходу, может стать причиной перебоев в зажигании, что, в свою очередь, приводит к увеличению выбросов углеводородов (НС). При наличии системы регулирования фаз газораспределения, такое регулирование в зависимости от рабочей точки двигателя позволит оптимизировать количество выбросов.
Посредством регулирования фаз газораспределения можно регулировать массовый расход воздуха и, следовательно, крутящий момент двигателя без использования дроссельной заслонки. Посредством регулирования фаз газораспределения также можно регулировать количество остаточных отработавших газов.
В современных системах клапаны приводятся в действие механически от распределительного вала. В некоторой степени этот процесс можно регулировать при помощи дополнительных систем (например, системы регулирования положения распределительного вала). Однако, эти механические системы не могут полностью исключить необходимость в дроссельной заслонке.
Рециркуляция отработавших газов (EGR)
Снижение расхода топлива
Рециркуляция отработавших газов вызывает увеличение давления во впускном трубопроводе. Это увеличение давления вызывает уменьшение работы, совершаемой в процессе цикла подачи заряда смеси в цилиндр, что способствует снижению расхода топлива.
Снижение выбросов NOx
Системы рециркуляции отработавших газов применяются на автомобилях с бензиновыми двигателями с прямым впрыском топлива, работающими на обедненной смеси (в режиме послойного распределения заряда) для снижения содержания NOx в отработавших газах. Рециркуляция отработавших газов является основным способом свести к минимуму количество выбросов оксидов азота и таким образом увеличить продолжительность работы двигателя на обедненной смеси, которая ограничивается состоянием каталитического нейтрализатора NOx аккумуляторного типа.
Отработавшие газы направляются обратно в камеру сгорания для снижения максимальной температуры сгорания с целью снижения образования NOx. Снижение температуры достигается благодаря тому, что возвращенные отработавшие газы не участвуют в процессе сгорания смеси и, следовательно, не добавляют энергии горения. Они также представляют собой дополнительную тепловую массу — это означает, что энергия сгорания топлива распределяется по большей общей массе.
Увеличение температуры горения топлива вызывает непропорциональное увеличение количества выбросов NOx. Поскольку рециркуляция отработавших газов (EGR) вызывает снижение этой температуры, она представляет собой особенно эффективный способ снижения количества выбросов NOx.
Наддув бензинового двигателя
Компоненты электронной системы управления дроссельной заслонкой (ЕТС)
Основные компоненты регулирования заряда воздуха показаны на рис. 1. Наиболее важным компонентом в современных системах является дроссельная заслонка.
Команда водителя считывается датчиком положения педали акселератора и передается на блок управления двигателем. Блок управления двигателем вычисляет требуемую величину заряда смеси в зависимости от рабочей точки двигателя и регулирует угол открытия дроссельной заслонки, используя для этого привод и датчик положения дроссельной заслонки.
Дублирование работы модуля педали акселератора и дросселирующего устройства является частью концепции мониторинга ЕТС, позволяющей уменьшить вероятность сбоев.
Читайте также: