План график работ по теме 44 Заключение 45
| Вид материала | Реферат |
Содержание4.2. Работа двигателя на обеднённых смесях Режимы работы автомобилей в Москве Влияние состава рабочей смеси на показатели |
- Практические рекомендации по разработке слайд-шоу при защите письменных экзаменационных, 211.95kb.
- Заполненный план работы над дипломным проектом; Предложения по предлагаемому рецензенту., 19.14kb.
- План -конспект занятия в объединении «Тестопластика» 24 План конспект занятия по теме, 644.31kb.
- 06. 02. 12 05. 03, 20.59kb.
- План-график размещения заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг, 2533.86kb.
- Целевая программа Плановая дата публикации извещения Плановая сумма контракта Признак, 6831.4kb.
- Дипломное проектирование, 172.18kb.
- План-график подготовки и защиты дипломных работ студентами заочной формы обучения, 18.71kb.
- План выступления: Краткая история вопроса Описание нескольких работ зарубежных авторов, 167.97kb.
- Как начинается проект?, 59.12kb.
4.2. Работа двигателя на обеднённых смесях
В настоящее время перед автомобилестроителями России поставлена задача по разработке конструкции и технологии производства автомобилей, обеспечивающих трёхкратное повышение экономии топлива (до 3л/100км пробега), удовлетворяющих требованиям по безопасности движения и уровню вредных выбросов.
Обязательным условием для выполнения поставленной задачи является организация стабильной работы двигателя на обеднённых смесях. Этот режим может быть обеспечен путём применения в современном двигателе адаптивной системы управления, использующей информацию о процессе горения рабочей смеси в цилиндрах. Существующие в настоящее время системы управления такой режим работы обеспечить не в состоянии.
Необходимость создания систем управления, обеспечивающих работу ДВС на обеднённых смесях, западными специалистами обоснована около десяти лет назад. С 1994 года ведущие автомобильные концерны США и Западной Европы вопросами создания высокоэкономичных и малотоксичных автомобилей нового поколения занимаются на государственном и межотраслевом уровнях. В настоящее время концерн «WV» уже выпустил автомобиль, у которого расход топлива составляет именно 3л/на 100км пробега. Стоимость такого автомобиля - 27.000DM.
Анализ материалов работы семинара «Электронные системы управления впрыском топлива и зажиганием бензиновых двигателей», который проходил в июне 1999 года в г. Суздале, показал, что решением этих проблем в России никто не занимается.
Двигатель, работающий на обеднённых смесях (оснащённый системой сгорания бедной смеси), позволяет снизить выброс окислов азота при существенной экономии топлива. С таким двигателем можно также использовать системы контроля отработанных газов с различными уровнями каталитической нейтрализации.
Преимущества системы сгорания бедной смеси можно полностью реализовать только при использовании новейших систем электронного управления в сочетании с усовершенствованными датчиками. Применение адаптивного управления обеспечит работу каждого отдельного цилиндра в оптимальном режиме, при этом будет учитываться разброс в параметрах двигателей, определяемый производственными допусками, и будут модифицироваться эксплуатационные характеристики в соответствии с износом компонентов.
Система сгорания бедной смеси обычно ассоциируется с двигателями с рабочим объёмом цилиндров менее 1,4 литра, как средство для выполнения законодательства по снижению токсичности ОГ без каталитического нейтрализатора; такой двигатель выигрывает в снижении себестоимости ввиду отсутствия дополнительного оборудования по очистке ОГ.
Однако сам характер систем сгорания бедной смеси делает их идеальными и для применения в двигателях с рабочим объёмом цилиндров 1,4 - 2,0 литров и более.
Трудности создания двигателей с системой сгорания бедной смеси в основном связаны с обеспечением одинакового процесса сгорания во всех цилиндрах. В результате производственных допусков, а также из-за различия подачи рабочей смеси к отдельным цилиндрам, например, четырёхцилиндрового двигателя, всегда создаются четыре различных системы сгорания со своими оптимальными рабочими параметрами. Поэтому установка оптимального зажигания и стабилизация сгорания бедной смеси в одной из камер не означает оптимизации процесса сгорания в остальных камерах.
Поскольку требования к двигателям возрастают, а условия производства всегда будут определять различия спецификаций в пределах определённых допусков, как у новых, так и находящихся в эксплуатации однотипных двигателей (двух одинаковых двигателей не существует), вопрос может быть решён только с помощью адаптивного управления процессом горения в каждым отдельном цилиндре, что наилучшим образом может обеспечить адаптивная система зажигания «Стимул».
Двигатель на обеднённой смеси возможен только при наличии системы сгорания, процессом которого необходимо управлять, чтобы обеспечить экономию топлива, регулировку выброса ОГ и предотвращение детонации.
Применение регистрации давления в каждом цилиндре позволит оптимизировать зажигание, а также обеспечить контроль и управление стабильной работой двигателя на обеднённой смеси. Будет устранена неровная работа двигателя и снижен выброс несгоревших углеводородов СН благодаря предотвращению пропусков зажигания и их неполного сгорания, а также предупреждена детонация, особенно склонная к проявлению на полных нагрузках.
Более высокие экологические показатели работы двигателя на обедненных смесях позволяют отказаться не только от упомянутого выше датчика содержания кислорода в выхлопных газах, но и делают ненужным применение дорогостоящих трёхкомпонентных каталитических нейтрализаторов.
Современные каталитические нейтрализаторы для выполнения своих функций выставляют жесткие требования к режимам работы двигателей. Выполнить эти требования во всех реальных условиях эксплуатации невозможно, так как стехиометрический состав рабочей смеси, требуемый для эффективной работы нейтрализатора, может быть обеспечен автомобильными системами управления только на установившихся режимах работы двигателя. Вместе с тем, установившиеся режимы работы двигателя при городском цикле езды, например, при езде по Москве, составляют в среднем не более 15% продолжительности всего движения, причём именно при движении по городу особенно необходимо обеспечивать максимальную экологичность. Виду того, что требуемый для согласованной работы трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора стехиометрический состав рабочей смеси в полной мере обеспечить не удаётся, такие нейтрализаторы именно в этом режиме эксплуатации малоэффективны.
| | Режимы работы автомобилей в Москве | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| | | |||||
| | Продолжительность работы, % | Расход топлива, % | ||||
| Режим работы автомобиля | Легковые автомобили | Грузовые автомобили | Автобусы | Эксплуатация в городе | Городской ездовой цикл | |
| Холостой ход | 22 | 17 | 29 | 10-14 | 15-16 | |
| Ускорение | 37 | 42 | 38 | 45-51 | 42-44 | |
| Постоянная скорость | 12 | 16 | 9 | 20-23 | 32-34 | |
| Замедление | 29 | 25 | 24 | 8-12 | 7-8 | |
| В.И.Ерохов «Экономичная эксплуатация автомобиля», 1986г, ДОСААФ, Москва. | ||||||
Вместе с тем, разогрев и поддержание достаточно высокой рабочей температуры для дожигания отработанных газов, каталитические нейтрализаторы требуют определённых затрат энергии, что сказывается на снижении КПД всего автомобиля.
Кроме того, применение в каталитических нейтрализаторах драгоценных и редкоземельных металлов, приводит к значительной стоимости этих устройств.
Эта стоимость дополнительно увеличивается за счёт обязательного применения совместно с нейтрализатором кислородного датчика, так называемого « зонда», с помощью которого создаётся стехиометрический состав рабочей смеси.
Функции, выполняемые современными каталитическими нейтрализаторами достаточно сложные, ввиду противоречивости предъявляемых к ним требований. Они обязаны, во-первых, дожигать содержащиеся в выхлопных газах СО и СН и превращать их в СО2 и Н2О, а, во-вторых, восстанавливать NOх до нейтрального азота N.
При работе двигателя на обедненных смесях без нейтрализатора в выхлопных газах содержится примерно столько же СО и NOх, сколько их содержится в выхлопных газах двигателя, работающего на стехиометрическом составе смеси и оснащенного каталитическим нейтрализатором. Количество СН при этом несколько выше.
В этом случае, для выполнения экологических норм по содержанию в выхлопных газах токсических составляющих, нужен нейтрализатор, выполняющий всего одну функцию - дожигание СН. Такой нейтрализатор значительно проще по конструкции и дешевле “классического” трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
Эти выводы подтверждает приведённая ниже таблица «Влияние состава рабочей смеси на параметры работы двигателя». Ссылки на источники представленных данных содержатся в самой таблице.
Влияние состава рабочей смеси на показатели
работы двигателя
| | | | | Содержание в выхлопных газах, в % | ||
| Характеристика рабочей смеси | Коэффициент избытка воздуха | Мощность двигателя | Удельный расход топлива | CH | NOX | CO |
| Богатая | 0,6-0,8 | -(20-25)% | +30% | 0,75-0,3 | 0-0,07 | 14-7 |
| Обогащённая | 0,8-0,85 | Maximum | +(12-15)% | 0,3-0,25 | 0,07-0,12 | 7-5 |
| Нормальная, стехиометрическая | 1,0 | -(4-5)% | +(4-8)% | 0,15 | 0,4 | 0,7 |
| Бедная | 1,05-1,15 | -10% | Minimum | 0,12-0,1 | 0,44-0,25 | 0,5-0,1 |
| Переобеднённая | 1,20-1,45 | -(15-25)% | +(8-12)% | 0,15 | <0,1 | <0,1 |
| В.И.Ерохов «Экономичная эксплуатация автомобиля» 1986г. ДОСААФ, Москва. | «Двигатели внутреннего сгорания», под редакцией В.Н.Луканина, 1995г. «Высшая школа», Москва. | |||||
Полного сгорания топлива в цилиндрах двигателя нет даже при наличии избытка кислорода в рабочей смеси. Чем не совершеннее сгорание, тем больше выброс вредных веществ с отработанными газами двигателя.
Перспективным направлением по снижению токсичности отработавших газов является способ подготовки топливной смеси перед поступлением её в камеры сгорания с помощью каталитического фильтра-преобразователя топлива (КФПТ), разработанного на основе конверсионных технологий оборонной промышленности и содержащий «KNOW - HOW».
В своём составе КФПТ содержит полиамид, базальтовую ткань, химический катализатор (без присутствия драгоценных и редкоземельных металлов), гаммаглинозём, порошок титана.
КФПТ является устройством двухкамерного типа.
В первой камере осуществляется предварительная очистка топлива (со степенью очистки 99,8%), активация молекул топлива гранулированным катализатором, насыщение топлива солями плакирующих металлов.
Во второй камере топливо подвергается тонкой очистке, гомогенизации и повторной активации в фильтре - активаторе.
Топливо (как бензин, так и дизельное топливо), пройдя комплексную обработку с помощью каталитического фильтра - преобразователя КФПТ непосредственно перед процессом смесеобразования, приобретает очень ценное качество - способность полного сгорания в процессе работы ДВС. За счёт этого значительно снижается токсичность отработанных газов и при этом одновременно снижается расход топлива на выполнение той же работы.
В этом случае кроме снижения токсичности отработанных газов вся потенциальная энергия топлива расходуется исключительно на создание полезной работы двигателя с увеличением общего КПД преобразования энергии, из потенциальной химической энергии топлива в полезную механическую работу по перемещению автомобиля.
Эффективность КФПТ настолько велика, что использование его на современном автомобиле позволит выполнить международные требования стандарта по экологии «Евро II» без применения дорогостоящего трёхкомпонентного каталитического нейтрализатора.
При этом КФПТ не требует для своей эффективной работы обеспечения каких - либо специальных режимов работы двигателя. Снижение токсичности отработанных газов будет проводиться во всех режимах езды, в том числе и при городском цикле движения, что не под силу трёхкомпонентному каталитическому нейтрализатору.
Кроме того, пройдя обработку с помощью КФПТ, топливо улучшает своё качество и тем самым повышается его октановое (для бензина) или цетановое (для дизельного топлива) число.
Одновременно с этим в КФПТ происходит насыщение топлива на молекулярном уровне солями плакирующих металлов, которые попадая на рабочие поверхности цилиндров, повышают компрессию с выравниваем её по цилиндрам (так называемый плакирующий эффект)