Работа с послойным зарядом топливовоздушной смеси
В области небольших крутящих моментов при частоте вращения приблизительно до 3000 мин двигатель работает в условиях послойного заряда топливовоздушной смеси. В этом случае форсунка впрыскивает топливо во время такта сжатия непосредственно перед моментом зажигания. В течение короткого периода времени до момента зажигания поток воздуха переносит рабочую смесь к свече зажигания. Поскольку имеет место поздний впрыск топлива, то для распределения топливовоздушной смеси по всему объёму камеры сгорания времени недостаточно. На режиме послойного заряда топливовоздушная смесь в объёме камеры сгорания является бедной. При большом избытке воздуха эмиссия NOX оказывается очень высокой, и лучшим способом её снижения на этом режиме является использование высокой степени рециркуляции отработавших газов (EGR), поскольку они снижают температуру в камере сгорания и, соответственно, зависящую от температуры эмиссию NOr Значения частоты вращения и крутящего момента определяют пределы работы с послойным зарядом рабочей смеси. На режиме высокого крутящего момента в локальных зонах богатой смеси образуется сажа. Кроме того, при очень высокой частоте вращения двигателя расслоение заряда и эффективный подвод топливовоздушной смеси к свече зажигания из-за высокого уровня турбулентности больше поддерживаться не может.
Работа на гомогенной топливовоздушной смеси
На режимах высокого крутящего момента и высокой частоты вращения двигатель работает на гомогенной топливовоздушной смеси с А = 1 (в исключительных случаях с X < 1). Впрыск топлива осуществляется во время такта впуска, так что имеется достаточно времени для распределения топливовоздушной смеси по всему объёму камеры сгорания. Масса впрыскиваемого топлива соответствует стехиометричес-кому составу топливовоздушной смеси или, в исключительных случаях, слегка обогащенному составу (К <1).
Поскольку в этом случае используется вся камера сгорания, гомогенная модель требуется при необходимости достижения высокого крутящего момента. На этом рабочем режиме эмиссия вредных веществ с отработавшими газами является достаточно низкой из-за стехиометрического состава топливовоздушной смеси. Процесс сгорания при работе на гомогенной смеси в большой степени соответствует процессу сгорания при впрыске топлива во впускной коллектор.
Работа на бедной гомогенной топливовоздушной смеси.
В переходной области между моделями с послойным зарядом и гомогенной смеси двигатель может работать на бедной гомогенной смеси с \ > 1. Поскольку насосные потери при полном открытии дроссельной заслонки на этом режиме уменьшаются, то расход топлива при работе на бедной гомогенной смеси оказывается меньше, чем при работе на гомогенной смеси с А < 1.
Работа на гомогенной топливовоздушной смеси и послойном заряде.
В этой модели смесеобразования вся камера сгорания заполнена бедной гомогенной топливовоздушной смесью, которая образуется при впрыске сравнительно небольшого количества топлива во время такта впуска.
Вторая фаза впрыска топлива (ступенчатый впрыск) осуществляется во время такта сжатия, что приводит к формированию зоны богатой смеси вблизи свечи зажигания. Такой послойный заряд легко воспламеняется, после чего сгорает остальная гомогенная смесь в объёме камеры сгорания. Модель гомогенной смеси с послойным зарядом активируется в течение нескольких циклов при переходе от модели послойного заряда к образованию гомогенной смеси. Это позволяет системе управления двигателя лучше регулировать величину крутящего момента на переходных режимах работы двигателя. Благодаря преобразованию энергии очень бедной топливовоздушной смеси с А > 2 уменьшается эмиссия NOX. Степень распределения между двумя впрысками топлива выглядит следующим
образом - 75% топлива впрыскивается в первой фазе, которая определяет основную гомогенную топливовоздушную смесь. В диапазоне перехода от модели послойного смесеобразования (ступенчатый впрыск топлива) к гомогенному составу смеси на установившемся режиме при низкой частоте вращения двигателя снижается образование сажи по сравнению с работой на послойном заряде, а также уменьшается расход топлива по сравнению с работой на гомогенной смеси.
Работа на гомогенной топливовоздушной смеси с антидетонационными свойствами.
Поскольку работа с послойным смесеобразованием препятствует детонации, то можно отказаться от использования ступенчатого впрыска топлива при полном открытии дроссельной заслонки вместе с регулированием угла опережения зажигания в сторону запаздывания, что обычно используется для исключения детонации. В то же самое время выбор оптимального угла опережения зажигания позволяет увеличить крутящий момент.
Работа с послойным зарядом и подогревом каталитического нейтрализатора.
Другая форма ступенчатого впрыска топлива делает возможным быстрый прогрев выпускной системы, хотя это должно быть оптимизировано до применения такого решения. Таким образом, при работе с послойным смесеобразованием и большим избытком воздуха первый впрыск происходит во время такта сжатия (подобно режиму «модель послойного заряда») и затем во время рабочего цикла, когда сгорание топлива происходит очень поздно и, следовательно, нагревает выпускную систему до очень высокой температуры. Другим важным применением этого режима является подогрев каталитического нейтрализатора NOX до температуры выше 650° С, что требуется для «десульфуризации» (удаления серы) из каталитического нейтрализатора. Следовательно, очень важно использовать именно ступенчатый впрыск топлива, поскольку обычными способами подогрева такую высокую температуру на всех рабочих режимах получить не удаётся.
Зажигание
Бензиновые двигатели с искровым зажиганием работают по термодинамическому циклу Отто. Для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси и, следовательно, обеспечения процесса сгорания используется искровой разряд в форме искры между электродами свечи зажигания, установленной в камере сгорания. Система зажигания служит не только для создания высокого напряжения, необходимого для искрообразования, но также для образования искры в точно определённый момент времени.
Обзор
Наиболее важными характеристиками воспламенения топливовоздушной смеси являются:
• Угол опережения зажигания;
• Энергия искрового разряда.
Угол опережения зажигания определяется по отношению к ВМТ поршня. Он устанавливает момент зажигания и, следовательно, воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси. Значение угла опережения зажигания оказывает значительное влияние на мощность и эмиссию вредных веществ с отработавшими газами бензинового двигателя. Напряжение зажигания между электродами свечи должно быть выше определённого значения, чтобы обеспечить искровой разряд в камере сгорания. В зависимости от рабочего режима двигателя и состояния свечей зажигания требуется напряжение зажигания не менее 30 000 В (двигатели с турбонаддувом). Энергия искрового разряда передаётся топливовоздушной смеси, и начинается процесс сгорания. Для применения на легковых автомобилях использовалась индуктивная система зажигания (с катушкой зажигания). В такой системе энергия зажигания временно сохранялась в магнитном поле катушки зажигания и затем трансформировалась в достаточно высокое напряжение для передачи топливовоздушной смеси в момент зажигания. Для применения в мощных двигателях гоночных автомобилей существуют системы зажигания с накоплением высокой энергии в магнитном поле конденсаторов.
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 1154;