Послойный впрыск топлива применяют для: Бензиновые двигатели FSI Fuel Stratified Injection

Бензиновые двигатели FSI Fuel Stratified Injection

Двигатели FSI (Fuel Stratified Injection — послойный впрыск топлива) превосходят двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор по показателям экономичности, выброса вредных веществ и динамики. Это одна из самых инновационных технологий в ряду двигателей с непосредственным впрыском.

Основной принцип работы FSI — впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания. Форсунки имеют по шесть отверстий и с большой точностью распределяют сверхтонкие струи топлива по камере, а поток воздуха управляется заслонками движения заряда — все это обеспечивает однородность топливовоздушной смеси и эффективность процесса сгорания.

Необходимое давление впрыска поддерживает насос высокого давления нового типа. Он приводится в действие четырехсторонним кулачком распределительного вала выпускных клапанов. Такое решение уменьшает требуемую рабочую силу, повышает точность работы, позволяя снизить токсичность отработавших газов. Его рабочий процесс поддерживается движением воздуха в цилиндрах двигателя, интенсивность которого регулируется в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов, обеспечивая образование послойной или гомогенной (однородной) смеси. Еще одна «фишка» — двойной впрыск (распределение подаваемого топлива между тактом впрыска и тактом сжатия) — также способствует образованию однородной топливовоздушной смеси и прогреву каталитического нейтрализатора после запуска холодного двигателя.

Первым двигателем с системой FSI стал мотор рабочим объемом 1,4 литра, мощностью 86 л.с. при 5000 об./мин и крутящим моментом — 130 Н·м при 3500 об./мин., разработанный еще в конце 2000 года специалистами концерна Volkswagen для автомобиля Lupo.

На практике двигатели FSI совмещают хорошие динамические и мощностные показатели с умеренным расходом топлива. Технология FSI уже предоставила убедительные доказательства своей эффективности, обеспечив четыре победы модели R8 на автогонках в Ле-Мане. В общем, похоже, титул «Двигатель года» этот мотор получил не зря… Прелесть системы FSI заключается в том, что мотор способен живо откликаться на педаль акселератора в достаточно широком диапазоне оборотов, но при этом его характеристики не сглажены, взрывной характер весьма ощутим. Что особенно приятно при разгоне или ускорениях, необходимых для обгонов на трассе.

Технические преимущества бензинового двигателя FSI с прямым впрыском топлива:

• Благодаря электромагнитному клапану возможно точно определить момент впрыска топлива в камеру сгорания
• Распределительный вал, поворачивающийся на 40°, обеспечивает хорошую тягу на малых и средних оборотах двигателя
• Рециркуляция отработанных газов значительно снижает уровень эмиссии вредных веществ в атмосферу
• По сравнению с обычным бензиновым двигателем экономия топлива составляет до 15%

Концерн Volkswagren Audi, стал первым в мире автопроизводителем, сочетающим в своих двигателях непосредственный впрыск бензина с турбонаддувом. Например, двигатель 2,0 TFSI начал свою успешное восхождение на Олимп славы с модели Audi A3 Sportback. Сейчас 2,0 TFSI устанавливается также на Audi A4, A6 и выпускается в трёх мощностных вариантах: от 170 до 220 л.с. В 2006 году 2.0T FSI удостоился почетно звания «Двигатель года» за инновационные разработки в области бензиновых двигателей с впрыском.

На данный момент линейка бензиновых двигателей FSI состоит из множества двигателей рабочим объемом от 1,4 до 5,2 литра и устанавливается практически весь модельный ряд концерна Audi Volkswagen.

Наш сервис Фольксваген и Ауди ремонтирует бензиновые двигатели FSI как с турбонаддувом, так и без него. Записаться на ремонт можно по телефону +7 (495) 798-07-56.

Распределенный и послойный впрыск топлива

На чтение 4 мин. Просмотров 500

Наиболее распространенной моделью этой системы является послойный впрыск топлива, который позволяет подавать топливную жидкость отдельно для каждого цилиндра. Эта подача осуществляется с помощью специальных распределительных форсунок.

Специальная система, подающая в цилиндры двигателя топливную жидкость, называется распределенный впрыск топлива. Компонент устанавливается на все автомобили без исключения, она может носить следующий характер:

• Механический;
• Распределенный;
• Непосредственный;
• Моновпрыск.

Наиболее распространенной моделью этой системы является послойный впрыск топлива, который позволяет подавать топливную жидкость отдельно для каждого цилиндра. Эта подача осуществляется с помощью специальных распределительных форсунок.

Система распределенного впрыска топлива

Что значит последовательность впрыска

Последовательность или фазы впрыска топлива обусловлена следующими показателями:

• За один отработанный цикл двигателя каждая специальная форсунка отрабатывает одну фазу впрыска;
• Время этой фазы для каждой модели автомобиля может быть разным, но при этом количество топлива в большинстве случаев одинакова.

Распределенный впрыск топлива внедряется не на каждый автомобиль, поскольку он отличается тем, что подходит только для инжекторных автомобилей. Автовладельцы, которые сталкиваются с этой системой, отмечают, что она позволяет достичь до 15 % экономии топлива.

Как работает система

Чтобы было понятно, как работает комплекс впрыска, следует рассмотреть ее подробно. Если сказать коротко, то система работает следующим образом:

• Для двигателя подается смесь из топлива и воздуха;
• Подача воздуха контролируется с помощью дроссельной заслонкой;
• Прежде чем попасть в двигатель воздух распределяется на четыре потока;
• Потом потоки накапливаются в специальном ресивере;
• Кроме накопления ресивер применяется также для измерения количества воздуха;

Ресивер на двигатель устанавливается такого размера, чтобы предупредить воздушное голодание цилиндров, то есть, чтобы система обладала, все время достаточным количеством воздуха для работы. Для того чтобы впрыск воздушно-топливной осуществлялся качественно и бесперебойно на компонент установлены специальные форсунки, они располагаются поблизости от впускных клапанов.

Система распределенного впрыска топлива

Из каких механизмов состоит система

Следует перечислить, из каких исполнительных механизмов состоит комплекс впрыска топлива инжекторного автомобиля:

Бензонасос работает на нагнетание топливной смеси в специальную рампу. Чтобы давление в этой рампе было все время на определенном уровне на ней установлен механический регулятор давления. Иногда бензонасос и регулятор совмещены.

Форсунки специальные клапаны с регулируемой производительностью, которые имеют электромагнитные прецензионный характер.

Зажигательный модуль специальное устройство, предназначенное для регуляции искрообразования. Включает в себя два независимо работающих канала, которые направлены на поджиг смеси, отдельно в 1 и 4, а также во 2 и 3 цилиндрах.

Клапан предохранения – направлен на защиту всех элементов системы от впрыска повышенного давления. Давление впрыска повышается от температурного расширения топлива, сам клапан устанавливается на рампе.

Регулирование холостого хода эта часть системы обусловлено специальным регулятором, который поддерживает заданные обороты. Сам регулятор представляет собой двигатель шагового типа, он регулирует канал воздуха обводного типа в дроссельную заслонку. Это необходимо для того чтобы двигатель постоянно получал необходимое количество воздуха.

Вентилятор системного охлаждения имеет управление от электрической составляющей автомобиля и работает в зависимости от сигналов ДТОЖ.

Датчик топливного расхода подает постоянный сигнал на маршрутный компьютер или на панель управления и сообщает водителю необходимые показатели. Надо отметить, что этот датчик может работать с погрешностями, так как данный высчитываются по приблизительным показателям.

Адсорбер еще один компонент замкнутой цепи, которая регулирует пары бензина. Чаще всего такой элемент устанавливается на зарубежные автомобиля.

Схема распределенного впрыска топлива

Управление системой

Система впрыска регулируется электронным блоком управления, которые представляет собой специальный компьютер. В нем происходить определенный алгоритм обработки данных, которые показывают датчики системы. Для качественной работы этого блока необходимы следующие показатели:

• Качественно и исправно работающие датчики;
• Отрегулированная подача данных;
• Отсутствие неполадок в прошивке блока.

Как происходит послойное смесеобразование

Во время работы послойного типа дроссельная заслонка системы практически открыта полностью, при этом заслонки впуска закрыты полностью. Поступление воздуха в камеры сгорания происходит на большой скорости, при этом образуется воздушный вихрь. Топливо при этом впрыскивается в зону свечей сгорания, на последнем этапе такта сжатия. Когда топливновоздушная смесь воспламеняется, вокруг нее образуется теплоизоляция из чистого воздуха.

Система непосредственного впрыска: устройство и принцип работы

Для более эффективной подачи топлива была разработана усовершенствованная система непосредственного впрыска, применяемая на большинстве современных бензиновых ДВС. Непосредственный впрыск предполагает прямую подачу топливной смеси в цилиндры, минуя топливный коллектор. На сегодняшний день это одна из наиболее прогрессивных систем подачи топлива.

Система была разработана французским инженером Л. Левассором, а первый ее прототип был установлен в авиационный двигатель V8. Первая автомобильная система непосредственной (прямой) подачи топлива была сконструирована в 1952 году компанией Bosch и применялась на достаточно известных тогда марках автомобилей Gutbrod и Goliath.

В 1996 году была представлена система непосредственной подачи топлива GDI, которая устанавливалась на 4-х цилиндровые двигатели в автомобилях компании Mitsubishi. В 1998 году концерн Toyota представил свою разработку – систему D4.

Год спустя появилась еще одна система под названием IDE от концерна Renault. Система FSI компании Volkswagen была выпущена на рынок в начале 2000 года.

В настоящее время подобные топливные системы производят всемирно известные автомобильные конгломераты, такие как Volkswagen,  Audi, Infiniti, BMW, General Motors, Mercedes-Benz, Ford.

Использование системы подобного типа дает возможность на 15-18% снизить топливные расходы, а также уменьшить  уровень токсичности отработанных газов.

Как устроена система непосредственного впрыска

Конструкция системы непосредственной подачи топлива состоит из топливного насоса (ТНВД), рампы, механизма для регулировки давления топливной смеси, набора датчиков (датчики высокого давления, датчики входа), предохранительного клапана,  форсунок, блока управления.

Топливный насос (ТНВД)

Насос высокого давления предназначен для реализации основной функции —  подачи топлива через рампу к форсункам под высоким рабочим давлением в диапазоне от 3 до 11 МПа для обеспечения бесперебойной работы ДВС. Конструкция насоса может включать в себя один или несколько плунжеров, приводимых в действие при помощи распредвала. Подробнее о ТНВД читайте здесь…

Рампа

Рампа используется для равномерного распределения топлива, поступившего к форсункам и предотвращения изменения его рабочего давления в самом топливном контуре.

Клапан предохранительный

Клапан устанавливается на топливную рампу и предназначен для обеспечения защиты топливной системы от чрезмерно высокого давления на предельных значениях, которое образуется вследствие значительного расширения топливной смеси.

Регулятор давления

Регулятор предназначен для точного дозирования топлива при помощи насоса с учетом рабочих возможностей топливных форсунок. Регулятор устанавливается внутри насоса.

Датчик ВД (высокого давления)

Данный тип датчика используется для измерения рабочего давления ТС в рампе. На основании полученных сигналов от датчика происходит изменение давления в рампе.

Форсунка

Основная функция форсунки – обеспечить впрыск подаваемого топлива в камеру сгорания с дальнейшим образованием ТВС.

Механизм управления

Традиционно механизм управления системой непосредственной подачи топлива состоит из блока управления, входных датчиков и механизмов исполнения.

Как и другие топливные системы, данная система оснащается дополнительными датчиками – датчиком температурного режима воздуха, температуры двигателя, температуры жидкости-хладагента, расхода воздуха, положения распредвала и т.д.

Как работает система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска может обеспечивать три способа образования ТВС – гомогенный (однородный), послойный и стехиометрический гомогенный (легковоспламеняемый).

Такие возможности в смесеобразовании позволяют с максимальной эффективностью использовать топливо, за счет чего обеспечивается экономичность и экологичность двигателя при одновременном повышении динамических  характеристик силового агрегата.

Гомогенный способ образования смеси

Топливная смесь, полученная гомогенным способом, является менее эффективной и бедной. Зачастую она может использоваться только на промежуточном этапе работы двигателя. Образование гомогенной смеси происходит при открытой заслонке дроссельного типа и закрытых заслонках впуска.

Это приводит к интенсивному передвижению воздуха в топливных цилиндрах. На такте впуска происходит подача топлива, при этом коэффициент избыточного воздуха составляет 1,5. В некоторых случаях допускается добавление отработанных газов в полученную смесь (не более 22-25% от общего объема смеси).

Послойный способ образования смеси

Подобный способ смесеобразования применяется в тех случаях, когда ДВС работает на малых или средних оборотах с небольшой рабочей нагрузкой. Образование смеси при послойном способе осуществляется при открытой заслонке дроссельного типа и закрытых заслонках впуска.

Воздушная масса поступается в камеру сгорания, образуя воздушный волчок. Топливо подается на свечу зажигания на такте сжатия. Через некоторое время возле свечи происходит образование ТВС с коэффициентом избытка в диапазоне 1,5 – 3. 

В процессе воспламенения происходит выделение очищенного воздуха, который используется в качестве изолятора тепловой энергии.

Стехиометрический способ образования смеси

Данный способ используется на повышенных оборотах и высоких нагрузках ДВС. Образование смеси происходит при открытых заслонках впуска и открытой дроссельной заслонке, при воздействии на педаль газа.

Подача топлива осуществляется на такте впуска, в результате чего получается однообразная топливная смесь. При этом коэффициент избытка не превышает единицы. Это приводит к ускоренному воспламенению ТВС и ее быстрому сгоранию.

Системы непосредственного впрыска топлива.

    Наиболее современными системами управления двигателем являются системы с непосредственным впрыскиванием топлива. Здесь топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания, то есть, во внутренний объём цилиндра. Благодаря этому, при работе двигателя с низкой нагрузкой (холостой ход, равномерное движение автомобиля с небольшой скоростью…) удалось достичь приготовления внутри цилиндра топливовоздушной смеси с неоднородным соотношением воздух-топливо. Вблизи электродов свечи зажигания образуется нормальная или немного обогащённая смесь, за счёт чего происходит устойчивое воспламенение этой смеси от искрового разряда между электродами свечи зажигания. В остальном объёме цилиндра образуются бедные и сверхбедные смеси, которые сгорают от пламени горения нормальной по составу смеси вблизи электродов свечи зажигания. За счёт послойного приготовления топливовоздушной смеси (состав смеси в объёме камеры сгорания неоднороден), усреднённый состав приготовляемой и сжигаемой таким образом топливовоздушной смеси оказывается сверхбедным — соотношение воздух-топливо при работе двигателя в таком режиме может достигать значений 30:1…40:1. Для сравнения, на бензиновом двигателе с подачей топлива во впускной коллектор и оборудованном специальными завихрителями потока воздуха (для создания послойной смеси в камере сгорания) не удаётся достичь обеднения топливовоздушной смеси с соотношением воздух-топливо более 25:1. А, как известно, обеднение топливовоздушной смеси позволяет заметно снизить количество расходуемого двигателем топлива.

    Системы управления двигателем с непосредственным впрыскиванием топлива, да и сами двигатели, обслуживаемые подобными системами, имеют ряд отличий от обычных систем с точечным впрыскиванием топлива. Это: вертикальные каналы ввода потока воздуха в цилиндры, поршни с закругленной выборкой для направления топливной смеси в сторону свечи зажигания, вихревые инжекторы высокого давления, топливный насос высокого давления. Кроме того, при работе двигателя на сверхбедных смесях, впрыскивание топлива в камеру сгорания происходит в конце такта сжатия. Из-за высокого давления в камере сгорания в момент впрыска топлива, а так же для обеспечения направленного перемещения впрыснутого топлива к свече зажигания, давление топлива в топливной рейке здесь существенно увеличено, соответственно изменена и конструкция топливной форсунки. С целью повышения давления в топливной рейке, кроме электрического топливного насоса, размещённого внутри бака, здесь дополнительно применён механический топливный насос высокого давления, приводимый от распределительного вала двигателя. Механический топливный насос высокого давления обеспечивает поддержание давления в топливной рейке на уровне нескольких десятков Bar.

    Для обеспечения правильного послойного образования топливовоздушной смеси, движение воздушного потока внутри цилиндра было оптимизировано за счёт изменения конструкции двигателя — изменены форма и направление впускного воздушного канала для создания в камере сгорания вертикально направленных воздушных потоков. Так же здесь применена специальная форма днища поршня. За счёт изменённой формы днища поршня, струя впрыскиваемого форсункой топлива «отражается» от наклонного углубления в днище поршня и направляется к свече зажигания, где образуется область с достаточно богатым содержанием топлива.

    В связи с повышением давления топлива в топливной рейке, потребовалось значительно сократить длительность открытия топливной форсунки, измеряемое здесь в единицах десятых долей милли Секунды. Для уменьшения инерционности топливных форсунок, величина управляющего форсунками напряжения была значительно увеличена и достигает нескольких десятков Вольт. Для управления топливными форсунками многих систем непосредственного впрыска топлива применяется специальный модуль, преобразующий низковольтные импульсы от блока управления двигателем в высоковольтные импульсы для управления топливными форсунками.

Осциллограммы напряжений сигналов управления топливной форсункой системы непосредственного впрыска топлива.

1. Осциллограмма напряжения на одном из выводов топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива.
2. Осциллограмма напряжения на втором из выводов топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива.
3. Осциллограмма напряжения, воздействующего на обмотку топливной форсунки системы непосредственного впрыска топлива

    Следует отметить, что при работе двигателя на холостом ходу, для поддержаниянеобходимой температуры нейтрализатора выхлопных газов приготовление сверхбеднойтопливовоздушной смеси периодически чередуется с приготовлением обычныйоднородной смеси (послойное смесеобразование чередуется с гомогеннымсмесеобразованием). При гомогенном смесеобразовании впрыск топлива в камеру сгорания происходит не во время такта сжатия, а на такте впуска. Переключения междупослойным и гомогенным смесеобразованием заметны по незначительному изменению частоты вращения двигателя на холостом ходу.    

    На определенных режимах работы двигателя возможен комбинированный режим приготовления смеси, когда топливо впрыскивается форсунками на такте впуска и дополнительно в конце такта сжатия.    

Из-за низкого качества топлива, повышается степень износа деталей некоторых узлов системы непосредственного впрыскивания топлива. Высокое содержание серы и нерегламентированных присадок в бензине фактически сводит на нет экономические, экологические и мощностные показатели данных двигателей. Поэтому, не многие производители автомобилей одобряют эксплуатацию таких двигателей в странах СНГ.

Какое топливо нужно для моторов с наддувом и непосредственным впрыском

Чем современные двигатели отличаются от старых?

Эволюция двигателей внутреннего сгорания – тема глубокая и многогранная, но мы не будем даже пытаться объять необъятное. Давайте сразу отметим ключевые факты о моторах, которые многие сегодня воспринимают как должное. Прежде всего, современные автомобили демонстрируют невероятные мощностные и динамические показатели при скромном литраже двигателей. Что еще важней, они вышли на новый уровень топливной экономичности и экологичности выхлопа. Все это стало возможным благодаря применению передовых инженерных решений – сложнейших систем прямого впрыска топлива и рециркуляции отработанных газов, многоступенчатых катализаторов и сажевых фильтров, и, конечно же, расширению полномочий управляющей электроники, которая посредством многочисленных датчиков контролирует все этапы формирования и сгорания воздушно-топливной смеси. Однако современный двигатель, как и любая другая высокоточная механика, предъявляет особые требования к качеству горюче-смазочных материалов и, в первую очередь, моторного топлива.

Что же заставляло производителей автомобильной техники совершенствовать свои двигатели? Как ни банально это прозвучит, в первую очередь – это ужесточение требований экологического законодательства, которое закреплено в Женевском Соглашении, впервые утвержденном в 1958 году. Кроме того, основные требования к выбросам вредных веществ автомобилями и двигателями установлены в Правилах ООН № 49 (грузовые автомобили и автобусы), №83 (легковые автомобили и легкие грузовики) и №96 (дизели сельскохозяйственных и лесных тракторов, внедорожных транспортных средств). Именно ужесточение требований к выбросам вредных веществ автотранспортных средств и двигателей побуждало производителей искать все более эффективные решения. Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса сгорания топливовоздушной смеси. В частности, надо было заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь была необходима высокая точность дозировки и точность момента впрыскивания. Сделать это можно было, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи.

Наглядный пример – то, как это реализовано в легковых турбодизелях, где сейчас практически повсеместно применяется система прямого впрыска типа common rail. Ее принципиальное отличие от других систем заключается в наличии топливного аккумулятора высокого давления, или как ее еще называют, топливная рампа. Дизельное топливо подается насосом под высоким давлением в эту рампу, а из нее направляется к форсункам. Такая схема обеспечивает массу преимуществ, включая отличное распыление топлива, равномерность подачи топлива вне зависимости от частоты вращения коленвала и высокоточное многократное дозирование в процессе рабочего цикла. А управляющая электроника позволяет регулировать давление и момент начала впрыска в очень широком диапазоне. Все это обеспечивает практически полное сгорание дизельного топлива в цилиндрах и, как следствие, высокую экономичность двигателя и низкую токсичность выхлопа.

Быстродействие системы питания и точность дозировки топлива стали для инженеров-дизелистов ключевыми параметрами. Поэтому на двигателях последнего поколения электрогидравлические форсунки уступили место пьезоэлектрическим, время срабатывания которых составляет 0,1 мс – в 5 раз меньше, чем у предшественников. Кардинально выросло и давление: если в прежние времена рядные ТНВД выдавали не более 600 бар, то системы common rail третьего поколения с пьезофорсунками уже вышли на уровень 2500 бар.

Бензиновые моторы не отстают от дизельных: они тоже прошли долгий путь от карбюраторов до непосредственного впрыска. Здесь эта технология также не нова, но широкое распространение получила лишь в последние 20-30 лет, а сейчас становится все популярнее. Такая система питания дает те же преимущества: это и возможность точной настройки рабочих параметров, и «послойный» впрыск, когда топливо подается в цилиндр несколько раз за такт, и выигрыш в экономичности, и снижение вредных выбросов. Ну а оборотную сторону медали мы уже знаем: повышенные требования к качеству бензина, т. к. форсунки работают в условиях высоких температур и давления и быстро закоксовываются.

Ведь, по сути, форсунка представляет собой достаточно простой электромагнитный клапан игольчатого типа, что предопределяет загрязнение как основную причину его выхода из строя. Форсунка не очень боится механического засорения – фильтры, установленные в топливной магистрали и самой форсунке, успешно отсеивают частицы размером свыше 20 микрон. Гораздо большую опасность представляет загрязнение продуктами сгорания топлива, которые со временем перекрывают распылительные каналы и нарушают нормальную работу игольчатого клапана. На дизельных и бензиновых моторах с прямым впрыском топлива ситуация усугубляется тем, что здесь распылители форсунок выходят в камеру сгорания, а значит, нагреваются они еще быстрее. И нагар формируется уже не только внутри, но и на поверхности распылителей.

Еще одна технология, помимо прямого впрыска, позволившая вывести моторы на новый уровень мощности и экологичности – это наддув. О том, что такое наддув, знают все: это принудительная подача в цилиндр под давлением большего количества воздуха, позволяющая сжечь за один такт большее количество топлива и тем самым повысить мощность мотора при том же рабочем объеме. Зародившись в прошлом веке как инструмент повышения мощности в судовых дизелях, наддув доказал свою эффективность в автоспорте, а затем прочно закрепился в двигателестроении как одна из ключевых технологий. При этом наддув стимулировал развитие не только двигателей, но и топлива для них. Ведь рост давления в камере сгорания в бензиновых двигателях приводит в том числе и к повышению риска детонации, так что современные турбированные двигатели, как правило, требуют бензина с октановым числом не ниже 95.

Итак, наддув, непосредственный впрыск и высокая степень сжатия – это ключевые особенности современных двигателей.

Изменилось ли топливо так же сильно, как двигатели?

Разумеется, за эти десятилетия эволюционировали не только двигатели, но и топливо. Даже если вспомнить не столь далекое прошлое, то как бензин, так и дизельное топливо были иными. Во-первых, топливо стало другим по компонентному составу. Модернизация большинства НПЗ России, проведенная в последние два десятилетия, позволила как существенно увеличить глубину переработки нефти, так и улучшить качество производимых компонентов, в т. ч. и высокооктановых. В состав бензина теперь повсеместно вовлекаются продукты установок сернокислотного алкилирования, низкотемпературной изомеризации, каталитического и ароматического риформинга, каталитического крекинга (кстати, бензины каталитического и ароматического риформинга и сернокислотного алкилирования обеспечивают получение топлива с октановым числом 95 и выше). Ранее большинства из перечисленных процессов не было в технологических схемах российских НПЗ. Во-вторых, ранее при производстве топлива практически не использовались присадки, а если и использовались, то негативный побочный эффект от их применения перечеркивал выгоду. Сейчас же некоторые эксплуатационные характеристики топлива невозможно достичь только за счет применения технологических процессов/методов производства на НПЗ. Так, для производства того же дизельного топлива на НПЗ используются депрессорно-диспергирующие, цетаноповышающие, противоизносносные и антистатические присадки. При производстве бензина в случае необходимости применяют антиокислительные и октаноповышающие присадки.

Отдельно стоит остановиться на присадках, ведь они также претерпели существенные изменения. Расскажем сначала об эволюции присадки для повышения октанового числа. В прошлом одной из популярных октаноповышающих присадок являлся тетраэтилсвинец. Состав, разработанный в США в 20-е годы прошлого века, был столь же эффективен, сколь и ядовит. Применение этилированного бензина, «улучшенного» с помощью тетраэтилсвинца, приводило к выбросам огромных объемов вредных соединений и накоплению свинца в организме, а люди, работавшие на производствах, массово гибли от отравления. Тем не менее тетраэтилсвинец продержался в массовом производстве бензина до 70-х годов, а полностью запрещен в большинстве стран мира был и вовсе к началу 21 века. Россия ввела запрет на этилированное топливо в конце 2002 года – на тот момент его оборот уже был невелик. Соответственно, все современные бензины, производящиеся в России, являются неэтилированными, а повышение октанового числа достигается другими, более безопасными методами.

Как правило, так называемого «октанофонда» большинства НПЗ сейчас вполне достаточно, чтобы производить товарный бензин без использования каких-либо «сторонних» октаноповышающих компонентов. Дополнительным высокооктановым компонентом, который сейчас повсеместно используется при производстве бензина, является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) с октановым числом 115 (МТБЭ является малоопасным веществом). Он применяется, как правило, для выпуска бензина с октановым числом 100 и выше.

Одним из последних требований автопроизводителей стало требование к уровню отложений на важных деталях двигателя (форсунки инжекторов, впускные клапаны). Ведь общеизвестно, что отложения образуются от сгорания любого топлива – это неизбежный процесс. Основное влияние на уровень и скорость образования отложений оказывает именно компонентный состав топлива: чем больше в нем непредельных и ароматических углеводородов, тем быстрее происходит процесс смоло- и нагарообразования на деталях двигателя. Достичь требуемого автопроизводителями уровня отложений невозможно только за счет совершенствования технологий производства на НПЗ. Поэтому улучшение данного эксплуатационного показателя стало возможным только за счет разработки многофункциональных моющих присадок. Поэтому здесь на сцену выходит отдельный класс компонентов топлива: моющие присадки.

Как работают моющие присадки?

Казалось бы, какие еще моющие присадки нужны машине? Что они должны отмывать? Ответ на этот вопрос мы дали чуть выше: топливо по своей природе при сгорании неизбежно образует отложения на деталях двигателя. А это со временем, несомненно, отражается на его нормальной работе. И зависимость здесь простая: чем больше пробег, тем больше отложений.

Косвенным признаком наличия существенного объема отложений на впускных клапанах, форсунках, камерах сгорания может являться увеличение расхода топлива и нехарактерная работа двигателя, вплоть до выхода из строя его важнейших деталей. Здесь продукты сгорания могут превращаться в твердые смолистые отложения, которые снижают поперечное сечение трубопроводов и каналов, нарушая нормальное движение воздушно-топливной смеси. Даже попав в цилиндры, топливо не всегда сгорает без остатка. Те же самые смолистые вещества оседают на впускных клапанах в виде твердых отложений, которые в просторечии называются нагаром. Со временем эти отложения нарушают форму камеры сгорания и правильность посадки клапанов, изменяя их пропускную способность. Как следствие, развиваются завихрения воздушно-топливной смеси, причем на автомобилях с непосредственным впрыском возникают проблемы с самим ее формированием.

Последствия загрязнения отражаются на эксплуатационных характеристиках: двигатель запускается с трудом, работает неустойчиво на холостых оборотах, часто перегревается и потребляет слишком много топлива, активно загрязняя окружающую среду. Снижаются четкость реакций на нажатие педали газа, динамика и эластичность. Деградация перечисленных параметров развивается постепенно, поэтому автовладелец ее практически не замечает и долгое время сохраняет уверенность в исправности своего автомобили. В зону особого риска попадают современные турбодизельные двигатели, которые отличаются особо сложной конструкцией системы впрыска топлива и демонстрируют повышенную чувствительность к загрязнениям. Некачественное дизтопливо вызывает появление характерного нагара на распылителях и иглах форсунок, что приводит к нарушению корректности их работы. Затрудняется холодный пуск, падает мощность и растет расход топлива. Ключевую важность все это приобретает для владельцев техники коммерческого назначения, поскольку при больших пробегах даже незначительное увеличение потребления топлива оборачивается серьезными финансовыми потерями. К тому же отложения сокращают интервалы между ремонтами двигателя и оказывают самое непосредственное влияние на срок его службы.

Можно ли избавиться от смолистых отложений в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях силового агрегата? Разумеется, да. Наилучшие результаты в теории обещает полная переборка двигателя, однако это процедура долгая, дорогая и не всегда целесообразная с экономической точки зрения. Специальные препараты, которые предполагается периодически заливать в топливный бак, бывают как недостаточно эффективными, так и излишне агрессивными в плане химического воздействия на элементы топливной системы. Мировая практика показывает, что есть более действенный и, самое главное, более комфортный для автовладельцев способ поддержания двигателя в чистоте.

Речь идет о комплексных моющих присадках, вводимых в состав моторного топлива. Такие присадки, помимо собственно моющего агента, включают в себя ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, растворители и несущую жидкость на минеральной, полусинтетической или синтетической основе. Ингибитор обеспечивает надежную защиту от коррозии, покрывая бак и систему питания защитной пленкой. Деэмульгатор борется с таким побочным эффектом действия моющего агента, как образование топливо-водяной эмульсии. Растворитель повышает текучесть топлива, что принципиально важно при низких температурах, а жидкость-носитель способствует стеканию остатков нагара с клапанов, уменьшая вероятность их «залипания». В бензиновых пакетах может присутствовать также модификатор трения. То есть, «фирменное» топливо на крупных АЗС– это не просто переплата за бренд.

Например, розничная сеть bp еще в 2018 году вывела на наш рынок топливо с технологией ACTIVE, которой отведено гораздо больше задач, чем обычно. Она не только удаляет существующие отложения, но и предотвращает формирование новых. Ну а чистота топливной системы обеспечивает следующие логичные преимущества: восстановление мощности мотора, продление его ресурса и экономию топлива благодаря корректной работе топливной аппаратуры. Причем очистка происходит не только за счет обычного растворения отложений: в bp заявляют о технологии активных молекул, которые, во-первых, связываются с частицами отложений и тем самым разрушают слой, унося грязь в камеру сгорания, а во-вторых, прикрепляются к чистым металлическим поверхностям и защищают их от образования налета. При этом защитный слой, по словам инженеров bp, эффективно образуется уже с первой заправки. Таким образом, регулярное применение современного топлива BP Ultimate с технологией ACTIVE обеспечивает не только корректную и эффективную работу любых двигателей, от старых до самых современных, но и продлевает их срок службы, а также помогает увеличить пробег на одном баке за счет восстановления рабочих характеристик топливной системы. Топливный портфель bp включает в себя не только бензины с технологией ACTIVE, но и дизельное топливо, которое в полной мере выполняет те же функции по очистке и защите мотора и топливной системы. А учитывая стоимость ремонта дизельной топливной аппаратуры, для многих владельцев таких машин топливо с технологией ACTIVE в долгосрочной перспективе может дать даже большую выгоду, чем для тех, кто ездит на бензине.

Ну а в заключение можно, наконец, дать ответ на вопрос, которым мы задались в самом начале. Действительно ли современные моторы с наддувом и непосредственным впрыском требуют особого топлива? Однозначно да. В вопросе выбора топлива для своего автомобиля всегда необходимо строго следовать рекомендациям автопроизводителей. Если автопроизводитель рекомендует к заправке топливо с ОЧ не ниже 95 и содержащее моющую присадку, то только таким топливом и следует заправляться. Но в чем качественное топливо всегда оказывается впереди, так это в обеспечении чистоты и продлении ресурса мотора и топливной системы, а вместе с этим и снижении расхода, и увеличении пробега на одной заправке. Поэтому такое топливо, так BP Ultimate с технологией ACTIVE, будет актуальным для любых моторов в любом возрасте

Устройство и принцип действия система непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и соответствующее ему уменьшение выброса вредных веществ. В трехкомпонентных нейтрализаторах удается преобразовать в безвредные вещества до 99%
выбрасываемых с отработавшими газами углеводородов, оксидов азота и оксида углерода. Выбросы образуемого при сгорании диоксида углерода (CO2), способствующего образованию парникового эффекта, могут быть снижены только в результате уменьшения
расхода топлива. Однако, у двигателей с внешним смесеобразованием (с впрыском бензина во впускной трубопровод) резервы снижения расхода топлива практически отсутствуют. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в цилиндры, осуществляемым посредством системы Bosch Motronic MED 7 позволяют экономить до 15% топлива по сравнению с сопоставимым двигателем с впрыском бензина во впускной трубопровод.

Как осуществляется подача топлива?

 

Зачем нужен непосредственный впрыск бензина?

 

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и уменьшение выброса вредных веществ.

При этом должны быть получены следующие результаты:

• снижение благодаря экономии топлива затрат на эксплуатацию автомобиля и получение поощрительных налоговых льгот для автомобилей с низкими выбросами вредных веществ
• снижение загрязнения среды обитания вредными веществами
• экономия сырьевых ресурсов

• Электронное регулирование системы охлаждения, регулируемые фазы газораспределения и рециркуляция отработавших газов уже нашли применение на многих двигателях
• Ввиду необходимости сохранения достаточной равномерности вращения коленчатого вала отключение цилиндров имеет смысл применять только на многоцилиндровых двигателях. Для снижения вибраций четырехцилиндровых двигателей целесообразно применять уравновешивающие валы
• Переменная степень сжатия и изменяемые фазы газораспределения реализуются только посредством достаточно мощных
• механических приводов
• Дальнейшая разработка различных способов сжигания бедных смесей прекращена в ползу создания двигателей с непосредственным впрыском
• Непосредственный впрыск бензина принят как наиболее эффективное средство экономии топлива,
• обеспечивающее его снижение до 20%

 

Преимущества непосредственного впрыска бензина

Уменьшение дросселирования при работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях.

При работе двигателя на этих смесях коэффициент избытка воздуха изменяется в пределах от 1,55 до 3. При этом дроссельная
заслонка открывается на больший угол, то есть впуск воздуха в цилиндры осуществляется с меньшим сопротивлением.

Работа двигателя на бедных смесях.

При применении послойного смесеобразования удается эффективно сжигать бедные смеси с коэффициентом избытка воздуха от 1,6 до 3, а при работе двигателя на гомогенной бедной смеси коэффициент избытка воздуха равен приблизительно 1,55.

Снижение потерь тепла в стенки.

Так как горение смеси происходит главным образом вблизи свечи зажигания, снижаются потери тепла в стенки цилиндра и
соответственно повышается термический коэффициент полезного действия.

Сжигание гомогенной смеси с высоким содержанием перепускаемых отработавших газов.

Благодаря высокой турбулизации заряда цилиндра двигателя удается эффективно сжигать гомогенные бедные смеси с содержанием отработавших газов до 25%. Чтобы впустить в цилиндры то же количество воздуха, какое поступает в них при перепуске
небольших доз отработавших газов, нужно открывать дроссельную заслонку на больший угол. При этом воздух засасывается в
цилиндры с меньшим сопротивлением, то есть снижаются насосные потери.

Степень сжатия

При непосредственном впрыске бензина затрачиваемое на его испарение тепло отбирается у поступившего в цилиндры
двигателя воздуха. В результате снижается вероятность детонационного сгорания и степень сжатия может быть повышена.
Повышение степени сжатия приводит к росту давления в конце сжатия и соответственно к увеличению термического коэффициента полезного действия.

Расширение диапазона принудительного холостого хода с выключенной подачей топлива.

Частота вращения холостого хода, на которой производится возобновление подачи топлива может быть снижена, так как впрыскиваемое топливо практически не осаждается на стенках цилиндра и большая его часть может быть немедленно использована. Поэтому двигатель работает устойчиво с пониженной частотой вращения.

Способы смесеобразования.

Помимо бедной послойной и стехиометрической гомогенной смесей в двигателе FSI используется смесь третьего вида, а именно, бедная гомогенная смесь. Этот вид смеси позволяет получить меньший расход топлива, чем смесь стехиометрического состава с добавкой перепускаемых отработавших газов. Выбор того или иного способа смесеобразования производится блоком управления двигателем в зависимости от крутящего момента и мощности двигателя с учетом требований к выбросу вредных
веществ и требований безопасности.

Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя при малых и средних нагрузках и частотах вращения.
Благодаря послойному распределению топлива в камере сгорания двигатель работает при общем коэффициенте избытка воздуха от 1,6 до 3.

• В средней части камеры сгорания, вблизи свечи зажигания, находится легко воспламеняемая рабочая смесь.
• Эта смесь окружена оболочкой, состоящей в идеальном случае из чистого воздуха и перепускаемых отработавших газов.

Работа двигателя на бедной гомогенной смеси.

На промежуточных режимах, расположенных между режимами работы двигателя на послойной смеси и гомогенной стехиометрической смеси, используются бедная гомогенная смесь. Коэффициент избытка воздуха бедной гомогенной, т. е. однородной во всем объеме камеры сгорания, смеси приблизительно равен 1,55.

Работа двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Двигатель работает на гомогенной смеси стехиометрического состава при выходе на режимы больших нагрузок и высоких частот вращения. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен (согласно определению) единице.

Рабочий процесс.

Рабочий процесс определяется способом смесеобразования и процессами преобразования энергии в камере сгорания.
Работа двигателя на гомогенных смесях При работе двигателя на гомогенных смесях топливо впрыскивается в цилиндр на такте
впуска и равномерно распределяется по всей массе засасываемого воздуха.

Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Послойная смесь формируются около свечи зажигания с помощью поршня специальной формы и за счет вихревого движения воздуха. Форсунка расположена так, что впрыскиваемое ею топливо направляется на выемку в днище поршня и отклоняется ее
стенкой в направлении свечи зажигания. С помощью установленной во впускном канале заслонки и аэродинамической выемки в
поршне в цилиндре двигателя создается вихревое движение воздуха, которое поддерживает перенос топлива к свече зажигания. Таким образом горючая смесь образуется в процессе движения топлива и воздуха.

Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Переход двигателя на режим работы с использованием послойной смеси осуществляется при следующих условиях:

• нагрузка и частота вращения двигателя соответствуют режимам, на которых эффективно использование послойного смесеобразования;
• системой не зарегистрирована неисправность, из/за которой может повыситься выброс вредных веществ;
• температура охлаждающей жидкости выше 50 °C,
• датчик окислов азота исправен;
• температура накопительного нейтрализатора находится в пределах от 250°C до 500°C. Если эти предпосылки выполнены, можно перейти на послойное смесеобразование.

Процесс впуска

При работе на послойной смеси дроссельную заслонку открывают по возможности больше, чтобы до максимума снизить потери на дросселирование. При этом установленная во впускном канале вспомогательная заслонка (называемая в дальнейшем впускной заслонкой) перекрывает его нижнюю часть. В результате повышается скорость проходящего через верхнюю часть канала потока воздуха, который закручивается затем в цилиндре.

Движение воздуха в цилиндр двигателя.

Специальная форма выемки в днище поршня способствует образованию и усилению вихря в цилиндре двигателя.

Впрыск топлива.

Топливо впрыскивается в последней трети такта сжатия. Впрыск начинается приблизительно за 60° и заканчивается приблизительно за 45° до в. м. т. такта сжатия. Начало впрыска оказывает значительное влияние на расположение облачка смеси
относительно свечи зажигания.

Топливо впрыскивается в направлении топливной выемки в поршне. Желаемые размеры облачка смеси достигаются подбором геометрических параметров форсунки.

Специальная форма топливной выемки и движение поршня к в. м. т. способствуют отклонению движения капель топлива к свече
зажигания. Это движение топлива поддерживается вихревым движением воздуха. В процессе движения к свече зажигания
топливо смешивается с поступившим в цилиндр воздухом.

Процесс смесеобразования

Для образования послойной смеси предоставляется время, соответствующее повороту коленчатого вала на 40° / 50°. От
продолжительности этого процесса зависит способность смеси к воспламенению. Если время между впрыском и моментом подачи искры слишком мало, смесь оказывается не подготовленной к воспламенению. При слишком большом промежутке времени между этими процессами смесь распределяется по всему объему камеры сгорания. При выполнении указанных выше условий в центре камеры сгорания, т. е. вблизи свечи, образуется легко воспламеняемая смесь. Эта смесь окружена оболочкой, состоящей из свежего воздуха и перепущенных отработавших газов. Общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания может быть равен при этом от 1,6 до 3.

Процесс сгорания.

После поступления топливо/воздушной смеси к свече зажигания она поджигается искрой. При этом воспламеняется только облако смеси, в то время как остальные газы образуют его оболочку. Благодаря изолирующему действию этой оболочки снижаются потери тепла в стенки камеры сгорания и соответственно увеличивается термический к. п. д. двигателя.
Зажигание смеси должно производиться в конце такта сжатия в пределах достаточно узкого угла поворота коленчатого вала,
ограниченного моментом окончания впрыска топлива и промежутком времени, необходимого для образования смеси.

Работа двигателя на бедной гомогенной смеси.

Эта смесь используется на режимах, которые находятся в поле многопараметровой характеристики между режимами работы двигателя при послойном смесеобразовании и режимами его работы на гомогенной смеси стехиометрического состава. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен практически 1,55. Двигатель может эффективно работать на этой смеси при тех же условиях, которые предписаны для послойной смеси.

Процесс впуска.

Как при послойном смесеобразовании, работа двигателя на бедной гомогенной смеси осуществляется с максимально
открытой дроссельной заслонкой при закрытых впускных заслонках. При этом снижаются потери на дросселирование и
создается интенсивное движение воздуха в цилиндре двигателя.

Процесс впрыска топлива

Впрыск топлива осуществляется непосредственно в цилиндр в процессе впуска. Он начинается приблизительно за 300° до
в. м. т. такта сжатия. При этом блок управления двигателем регулирует подачу топлива таким образом, чтобы коэффициент избытка воздуха был равен приблизительно 1,55.

Процесс смесеобразования

Благодаря раннему моменту впрыска предоставляется достаточно большое время до момента зажигания для образования гомогенной смеси во всем объеме камеры сгорания.

Процесс сгорания

Как и при работе на любой гомогенной смеси момент зажигания не зависит от процесса смесеобразования. Смесь горит при этом во всем объеме камеры сгорания.

Работа двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Работу двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава можно сравнить с работой двигателя с впрыском бензина во впускной трубопровод. Существенное различие заключается только в месте впрыска топлива, который производится в данном случае непосредственно в цилиндры двигателя. Крутящий момент двигателя может быть изменен как смещением угла опережения зажигания
(кратковременно), так и изменением поступающей в цилиндры массы воздуха (долговременно). При этом впрыскивается такое количество топлива, которое необходимо для образования стехиометрической смеси, коэффициент избытка воздуха которой (по определению) равен единице.

Процесс впуска

Дроссельная заслонка открывается соответственно перемещению педали акселератора. Впускная заслонка может быть открыта или
закрыта в зависимости от режима работы двигателя. При частичных нагрузках и в среднем диапазоне частот вращения эта заслонка закрыта, в результате чего входящий в цилиндр поток воздуха закручивается, улучшая смесеобразование. По мере увеличения нагрузки и частоты вращения поступление воздуха только через верхнюю часть впускного канала оказывается недостаточным. Поэтому заслонку
поворачивают, открывая нижнюю часть впускного канала.

Впрыск топлива

Впрыск топлива производится непосредственно в цилиндр на такте впуска приблизительно за 300° до в. м. т. такта сжатия.

Процесс смесеобразования

Так как впрыск топлива производится на такте впуска, на процесс смесеобразования отводится относительно много времени.
Благодаря этому впрыснутое в цилиндр топливо равномерно распределяется по всему объему поступившего в него воздуха.
Коэффициент избытка воздуха смеси в камере сгорания равен единице.

Процесс сгорания

Крутящий момент двигателя, расход топлива и выброс вредных веществ при работе на гомогенной смеси зависят от угла опережения зажигания.

 

Система впуска

 

У двигателей с непосредственным впрыском бензина система впуска была изменена в соответствии с их потребностями. Ее особенностью является целенаправленное воздействие на потоки воздуха в цилиндрах двигателя в зависимости от режимов его работы.

1. Пленочный измеритель массового расхода воздуха с датчиком температуры воздуха на впуске для более точного определения нагрузки двигателя
2. Датчик давления во впускном трубопроводе для расчета количества перепускаемых отработавших газов
3. Система заслонок во впускных каналах для целенаправленного управления потоками воздуха на входе в цилиндры двигателя
4. Электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов с увеличенными проходными сечениями для перепуска большего количества газов
5. Датчик давления для регулирования разрежения в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода
6. Блок управления дроссельной заслонкой
7. Клапан продувки адсорбера
8. Блок управления системой Motronic

Система впускных заслонок

Впускные заслонки и их привод расположены в нижней и верхней частях впускной системы. Заслонки служат для управления потоками воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, в зависимости от режимов работы двигателя.

Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками

При работе двигателя на послойных и бедных гомогенных смесях, а также на некоторых режимах с использованием гомогенных смесей стехиометрического состава заслонки перекрывают нижние части впускных каналов, расположенных в головке цилиндров. При этом воздух проходит в цилиндры только через верхние части впускных каналов. Форма верхней части впускного канала подобрана
таким образом, чтобы впускаемый в цилиндр воздух закручивался на входе в него. Помимо этого повышенная скорость проходящего через зауженный канал воздуха способствует смесеобразованию.

Реализуются два преимущества:

• При послойном смесеобразовании вихревое движение воздуха обеспечивает перенос топлива к свече зажигания. Образование смеси осуществляется в процессе этого движения.
• Вихревое движение воздуха создает условия для образования гомогенных бедной и стехиометрической смесей. Благодаря ему повышается воспламеняемость и достигается стабильное горение бедных смесей

 Работа двигателя с открытыми впускными заслонками

При работе двигателя на режимах с высокой нагрузкой и при высоких частотах вращения воздушные заслонки открыта и воздух
проходит в цилиндры через обе части впускных каналов. Большое сечение впускного канала обеспечивает наполнение цилиндра,
необходимое для получения высокой мощности и крутящего момента

Определение количества перепускаемых отработавших газов

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции отработавших газов их масса добавляется к массе свежего воздуха и соответственно повышается давление во впускном трубопроводе. Датчик давления во впускном трубопроводе реагирует на это изменением напряжения на его выходе, которое передается на вход блока управления двигателем. По величине этого сигнала определяется суммарное количество воздуха и отработавших газов, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых отработавших газов определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины. Преимуществом такого метода определения количества перепускаемых отработавших газов является возможность увеличения их доли в рабочей смеси и приближения к границе воспламеняемости смеси.

Последствия при отсутствии сигнала датчика давления во впускном трубопроводе.
При выходе датчика давления во впускном трубопроводе из строя блок управления определяет количество перепускаемых газов
расчетным путем и снижает перепуск против значений, соответствующих многопараметровой характеристике.

Топливная система

Топливная система разделена на контуры высокого и низкого давления. Часть топлива подводится в цилиндры через систему улавливания паров бензина.

Контур низкого давления

Контур низкого давления охватывает часть топливной системы от расположенного в баке электронасоса до насоса высокого давления. Давление топлива в этом контуре обычно равно 3 бар и только при пуске горячего двигателя может быть повышено до 5,8 бар.

Контур высокого давления

Контур высокого давления начинается с топливного насоса высокого давления, который подает топливо в распределительный
трубопровод. На распределительном трубопроводе установлен датчик давления топлива, сигналы которого используются для
поддержания давления в диапазоне от 50 до 100 бар посредством клапана регулятора. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через форсунки высокого давления.

В контур низкого давления входят:
     1. топливный бак
     2. топливный электронасос
     3. топливный фильтр
     4. клапан перепуска топлива
     5. регулятор давления топлива
В контур высокого давления входят:
     6. топливный насос высокого давления
     7. трубопровода высокого давления
     8. распределительный трубопровод
     9. датчик давления топлива
     10. клапан регулятора давления
     11. форсунки высокого давления

Форсунки высокого давления

Форсунки установлены в головке цилиндров. Через них топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя. Назначение Форсунки должны мелко распыливать топливо за возможно короткий промежуток времени. Способ подачи топлива зависит при этом от режима работы двигателя. При послойном смесеобразовании топливо должно направляться в зону свечи зажигания, а при работе двигателя на гомогенных смесях его необходимо равномерно распределять в объеме камеры сгорания.

Чтобы получить наилучшее распределение топлива при послойном смесеобразовании, угол конуса факела топлива принят равным 70°, а ось конуса наклонена на 20°

Эта система должна обеспечивать выполнение законодательных норм выброса углеводородов. Эта система предотвращает попадание паров бензина из бака автомобиля

в окружающую среду. Пары топлива накапливаются в адсорбере с активированным углем и периодически отсасываются в двигатель, где они сгорают. 

При работе двигателя на гомогенных смесях
При этом рабочая смесь равномерно распределяется по объему камеры сгорания. Поступающие из адсорбера пары бензина сгорают вместе с рабочей смесью во всем объеме камеры сгорания.

При послойном смесеобразовании
При послойном смесеобразовании способная к воспламенению рабочая смесь находится только в зоне свечи зажигания. Часть поступившего из адсорбера топлива оказывается при этом в зоне невоспламеняемой смеси. Это может привести к неполному сгоранию топлива и повышенному выбросу углеводородов с отработавшими газами. Поэтому переход на послойное смесеобразование производится только при небольшом содержании топлива в адсорбере.

Блок управления двигателем рассчитывает количество топлива, которое может быть отведено из адсорбера, и вырабатывает команды на открытие клапана его продувки, изменение дозы впрыскиваемого топлива и установку дроссельной заслонки. Для этого блоком управления используется следующая данные:

• нагрузка двигателя, определяемая по сигналам измерителя расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом
• частота вращения коленчатого вала, определяемая по сигналам датчика
• температура воздуха на впуске, определяемая по сигналам датчика
• заряд адсорбера, определяемый по сигналам датчика кислорода

Система зажигания

Задачей системы зажигания является воспламенение рабочей смеси в нужный момент времени. Для этого блок управления двигателем должен определять для каждого режима работы двигателя угол опережения зажигания, энергию искры и длительность искрообразования. От угла опережения зажигания зависят крутящий момент, выброс вредных веществ и расход топлива двигателя.

При послойном смесеобразовании
момент зажигания может изменяться в узком диапазоне значений угла поворота коленчатого вала, которому соответствует
образование способной к воспламенению смеси.

При работе на гомогенных бедной и стехиометрической смесях.
Требования к зажиганию не отличаются от них у двигателей с впрыском бензина во впускные каналы. Ввиду одинакового распределения
смеси у двигателей с обеими системами впрыска оптимальные углы опережение зажигания практически не отличаются.

При расчете оптимальных углов опережения зажигания используются:

 

Основные исходные данные:
     1. о нагрузке двигателя, определяемые по сигналам измерителя расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске,
     2. о частоте вращения коленчатого вала, измеряемой по сигналам датчика

Вспомогательные данные, определяемые по сигналам:
     3. датчика температуры охлаждающей жидкости,
     4. с блока управления дроссельной заслонкой,
     5. датчика детонации,
     6. датчиков положения педали акселератора,
     7. датчика кислорода.

Система выпуска

Эта система была приспособлена к двигателю с непосредственным впрыском бензина. До настоящего времени система очистки
отработавших газов двигателей с непосредственном впрыском была проблематичной. Это связано с тем, что образующиеся при работе на бедных гомогенных и послойных смесях оксиды азота не могут быть восстановлены в обычных трехкомпонентных нейтрализаторах до уровня, допускаемого законодательством. Поэтому для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяют накопительные нейтрализаторы, которые способны удерживать оксиды азота при работе на бедных смесях. При заполнении
нейтрализатора до предела производится перевод его на режим регенерации, в процессе которого накопленные в нем оксиды азота
выводятся и восстанавливаются до азота.

Охлаждение отработавших газов
Охлаждение отработавших газов применяется для того, чтобы поддерживать температуру в накопительном нейтрализаторе в диапазоне от 250 до 500 °C. Только в этом температурном диапазоне обеспечивается удерживание оксидов азота в накопительном нейтрализаторе. Накопительный нейтрализатор необходимо охлаждать также из-за снижения его аккумулирующей способности при перегреве до температур свыше 850 °C. 

Охлаждение выпускного коллектора
В подкапотном пространстве предусмотрен воздуховод, который позволяет преднамеренно охлаждать выпускной коллектор направляемым на него потоком свежего воздуха и таким образом снижать температуру отработавших газов.

Раздвоенный выпускной трубопровод
Этот трубопровод расположен перед накопительным нейтрализатором. Его установка является вторым мероприятием по
снижению температуры отработавших газов и соответственно накопительного нейтрализатора. Температура газов снижается
за счет увеличения теплоотдачи через развитую поверхность трубопровода.

При одновременном использовании обоих мероприятий удается снижать температуру
отработавших газов на 30*100 °C в зависимости от скорости автомобиля.

Предварительный трехкомпонентный нейтрализатор.
Этот нейтрализатор встроен в выпускной коллектор. Благодаря близости к двигателю он быстро прогревается до рабочей температуры, при которой начинается очистка отработавших газов. Благодаря этому могут быть выполнены жесткие нормы на выбросы вредных веществ.

Назначение
Нейтрализатор служит для каталитического преобразования образующихся при сгорании вредных веществ в безвредные вещества.

Принцип действия

При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси

Углеводороды (HC) и оксид углерода (CO) отнимают у оксидов азота (NOx) кислород (O), окисляясь до воды (h3O) и диоксида углерода (CO2). При этом оксиды азота восстанавливаются до азота (N2).

При работе двигателя на бедных смесях

Углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах. При этом кислород у
оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может осстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа.

Аббревиатуры Audi > Новые автомобили Audi 2020-2021

A

A/C – Air conditioner

Кондиционер воздуха, устройство для охлаждения воздуха в салоне автомобиля.

ACC – Adaptive cruise control

Устройство, работающее на основе радара, адаптивный круиз-контроль (АСС), берет на себя все заботы по поддержанию безопасной дистанции до впереди идущего автомобиля. Этот электронный ассистент вовремя притормозит, даже если ваш автомобиль подрежут. Вам не придется волноваться и нажимать на педали. Главное преимущество адаптивного круиз-контроля по сравнению с традиционным — в возможности поддержания безопасной дистанции. А благодаря оптимальному управлению разгоном и точному поддержанию установленной скорости вы сэкономите топливо и сделаете свою поездку более спокойной и безопасной.

AI active suspension

Artificial intelligence active suspension, активная подвеска с искусственным интеллектом. Дебютировавшая в 2017 году на модели Audi A8 пневмоподвеска способна благодаря видеокамере заранее распознать неровности и подготовиться к их демпфированию. А наличие электромеханического управления торсионами-стабилизаторами одновременно улучшает плавность хода и управляемость.

AI traffic jam pilot

Artificial intelligence traffic jam pilot, ассистент движения в пробке. Снабженная искусственным интеллектом, эта ассистирующая система позволяет водителю расслабиться при возникновении затруднений в движении: вплоть до достижения скорости 60 км/ч она полностью берёт на себя контроль за скоростью и траекторией, поддерживая безопасную дистанцию и ведя автомобиль точно посередине выбранной полосы.

ASF

Audi Space Frame, алюминиевая пространственная силовая структура кузова, запатентованная компанией Audi. Отличается крайне малым весом при высокой прочности, жесткости и феноменальном уровне пассивной безопасности благодаря высоким энергопоглощающим свойствам алюминиевых лонжеронов при ударе.

Audi collection

Фирменная коллекция одежды, аксессуаров и спортивного инвентаря, подчеркивающая стиль владельцев Audi, их позитивный настрой и активный образ жизни.

C

Car-to-X

Автомобиль-инфраструктура. Стандарт общения автомобиля с дорожной инфраструктурой. Машина может получать информацию о ремонте дороги впереди, авариях и других затруднениях. Кроме того, с помощью Car-to-X электроника автомобиля будет заранее оповещена о сигналах светофора и ограничениях скорости на маршруте.

CFRP

Сarbon fiber-reinforced polymer, композитный материал, армированный углеволокном. Отличается высочайшей прочностью и жесткостью при малом весе. Широко применяется в автоспорте, а также при изготовлении некоторых деталей автомобилей Audi, где необходимо значительное снижение массы.

D

DKW

Товарный знак DKW зарегистрирован Йоргеном Скафте Расмуссеном в Германии в 1916 году. Изначально он расшифровывался как Dampf-Kraft-Wagen, автомобиль на паровом ходу, затем как Des Knaben Wunsch, мечта мальчишек. DKW — немецкий производитель автомобилей и мотоциклов. В 30-х годах XX века являлся крупнейшим производителем мотоциклов в мире, а в автомобилестроении был одним из пионеров применения переднего привода. DKW вместе с марками Horch, Wanderer и Audi входил в состав концерна Auto Union, который затем был преобразован в AUDI AG. Четыре перекрещенных кольца, товарный знак Auto Union и нынешняя эмблема Audi, символизируют слияние этих четырех марок. Марка DKW прекратила свое существование в 1966 году.

E

ESP/ESC

Electronic Stability Programm / Electronic Stability Control — система динамической стабилизации и поддержания курсовой устойчивости автомобиля, работающая за счет выборочного подтормаживания колес.

e-tron

Семейство электромобилей Audi, сочетающих высокую динамику, превосходный комфорт и выдающуюся управляемость с большим запасом хода и нулевыми выбросами вредных веществ.

H

HD Matrix LED

High Definition Matrix Light-Emitting Diodes, светодиодная матрица высокого разрешения. Новейшая система головного освещения. Благодаря интеллектуальному управлению световым пучком светодиодные фары HD Matrix LED не слепят других водителей, обеспечивая при этом отличную видимость в темноте и сложных погодных условиях. По сравнению с ксеноновыми фарами зона освещения в режиме ближнего света увеличивается более чем на 100 м.

В городе и на второстепенных дорожках HD Matrix LED дает максимально широкий световой пучок, что позволяет увереннее маневрировать, лучше контролировать край дороги и видеть, что происходит на тротуарах. А при наличии системы ночного видения фары HD Matrix LED, подобно фотовспышке, подсвечивают пешеходов.

При движении в темное время суток за городом может быть постоянно активирован дальний свет. Процессор HD Matrix LED включает и выключает соответствующие светодиоды, активируя «нижний» рассеянный свет в дождь или туман и не допуская ослепления водителей встречных и попутных машин (через зеркала заднего вида).

I

ISOFIX

Система для быстрого, надёжного и безопасного крепления детских кресел в автомобилях Audi. ISO расшифровывается как International Organization for Standardization и означает международную организацию по стандартизации. А FIX — система крепления. Иными словами, это система крепления детских кресел по стандарту ISO. Она была разработана концерном Volkswagen AG совместно с производителем детских кресел Britax-Roemer.

L

Lange, Long — «длинный». Обозначение удлиненной колёсной базы автомобиля.

LED

Light-Emitting Diodes, источники света в виде светодиодов. Отличительной чертой светодиодов является генерирование большого светового потока при крайне низком энергопотреблении. Они применяются как в головной оптике автомобилей Audi, так и в задних фонарях.

M

MHEV

Mild-hybrid electric vehicle, автомобиль с «мягкой» гибридной составляющей, где традиционный силовой агрегат дополнен электродвигателем, выполняющим роль стартер-генератора, и тяговой батареей небольшой емкости. Концепция «мягкого гибрида» позволяет нивелировать главные недостатки традиционных двигателей внутреннего сгорания, не жертвуя их преимуществами: значительное уменьшение расхода топлива достигается без ущерба для мощности и динамических возможностей автомобиля.

MLB

Modularer Längsbaukasten, модульная платформа с продольным расположением двигателя, — это оптимизированная по всем параметрам база для создания автомобилей премиум-класса.

MLB EVO

Modularer Längsbaukasten Evo, глубоко модернизированная модульная платформа с продольным расположением двигателя.

MMI display

Multimedia Interface display, высококонтрастный экран с высоким разрешением для вывода информации и управления информационно-развлекательной системой MMI.

MMI navigation

Multimedia Interface navigation, информационно-развлекательная система с онлайн-расчетом маршрута, показом цен на топливо, свободных парковочных мест, прогноза погоды и дорожной информации. Также доступны индивидуальная подборка онлайн новостей, Twitter и ввод цели через приложение myAudi.

MMI navigation plus

Multimedia Interface navigation plus, информационно-развлекательная система с расширенными функциями.

MMI radio

Multimedia Interface radio, базовая информационно-развлекательная система автомобилей Audi.

MMI radio plus

Multimedia Interface radio plus, базовая информационно-развлекательная система автомобилей Audi, дополненная интерфейсом Bluetooth и двумя разъемами USB.

MMI touch response

Multimedia Interface touch response, сенсорный высококонтрастный дисплей высокого разрешения с механической обратной связью и вибрационным подтверждением нажатия.

MQB

Modularer Querbaukasten, модульная платформа с поперечным расположением двигателя, — это оптимизированная по всем параметрам база для создания безопасных, но при этом легких и экономичных автомобилей от компактного хэтчбека до солидного седана или кроссовера. Благодаря MQB многие технологии, ранее доступные только для моделей представительского класса, реализуются даже на автомобилях начальной линейки Audi.

MSF

Multimaterial Space Frame, высокотехнологичная пространственная силовая структура кузова из алюминия, высокопрочных сталей, магния и композитных материалов. Благодаря концепции «каждой функции — свой материал» Multimaterial Space Frame позволила значительно увеличить прочность и жёсткость без прибавки в массе конструкции.

Museum mobile

Музей марки Audi, расположенный в комплексе зданий завода и штаб-квартиры марки в Ингольштадте. Под одной крышей на трех уровнях собрано около 100 исторических и спортивных автомобилей и мотоциклов марок Audi, Horch, Wanderer, Auto Union, DKW, NSU, а также концепты, экспонировавшиеся на международных выставках в разные годы.

myAudi app

Мобильное приложение Audi, предоставляющее доступ ко многим онлайн-сервисам.

N

NSU

NSU — это сокращенное написание немецкого города Неккарзульм, ставшее торговой маркой немецкого производителя мотоциклов и автомобилей. Компания была основана в 1873 году и начинала с производства вязальных машин. Завод NSU в Неккарзульме был построен только в 1884 году, после чего фирма переключилась с вязальных машин на велосипеды, и лишь затем — на мотоциклы и автомобили. Бренд NSU в 50-х годах ХХ века был самым крупным производителем двухколесной техники в мире. Кроме того, мотоциклы марки NSU установили тогда четыре мировых рекорда скорости. Автомобили NSU интересны тем, что одними из первых стали серийно оснащаться роторно-поршневыми двигателями Ванкеля. В 1969 году фирма NSU была выкуплена и присоединена к концерну Audi. Основной завод NSU, расположенный в городе Неккарзульм, пережив несколько реконструкций, существует до сих пор. Там сейчас производят «старшие» модели Audi — A6, A7 и А8, а также модели R8 и модели RS.

O

OLED

Organic Light-Emitting Diodes, органические светодиоды. В отличие от обычных светодиодов, органические излучают свет большой поверхностью, компактны по толщине, практически не требуют охлаждения, позволяют регулировать яркость в очень широких пределах и обеспечивают очень равномерное освещение.

P

PAX system

Технология, позволяющая двигаться автомобилю даже при проколе колеса. Внутри обода смонтирован специальный бандаж, а от разбортировки шину удерживают хампы (выступы) особой формы и более плотная, чем обычно, посадка на диск.

pre sense

Preliminary Sensitivity, предварительная чувствительность. Комплекс мер, направленных на повышение безопасности автомобиля и защиты пассажиров в нем. За мгновения до неизбежной аварии автоматика закрывает люк и окна, переводит кресла в оптимальное положение, подтягивает ремни безопасности снижает скорость. Благодаря системе pre sense риск травмирования в автомобилях Audi снижается более чем вдвое.

R

RON/ROZ — Research Octan Number

Research Octan Number — октановое число бензина, определяемое по исследовательскому методу на одноцилиндровом лабораторном двигателе с изменяемой степенью сжатия.

RS

Происходит от слова Rennport, гоночный спорт. Отдельный модельный ряд сверхмощных автомобилей марки Audi, производимый подразделением Audi Sport GmbH на предприятии в Неккарзульме.

RSQ

Происходит от слова Rennport, гоночный спорт. Отдельный модельный ряд сверхмощных автомобилей марки Audi, производимый подразделением Audi Sport GmbH на предприятии в Неккарзульме.

R tronic

Роботизированная механическая коробка передач, позволяющая сочетать малый вес трансмиссии с возможностью передачи высокого крутящего момента.

S

S line

Спортивная линия отделки интерьера и экстерьера, а также настроек шасси.

sport differential

Фирменный задний дифференциал с дополнительными зубчатыми передачами и двумя пакетами фрикционов, которые позволяют очень точно регулировать тягу и угловую скорость каждого из задних колес, благодаря чему улучшаются как разгонная динамика и управляемость, так и устойчивость в поворотах.

S tronic

S tronic, первая в мире серийная преселективная трансмиссия, — это комфорт традиционного автомата в сочетании с динамикой и экономичностью лучшей, чем у механической коробки передач. Два сцепления S tronic обеспечивают моментальное и при этом мягкое переключение передач. Отсутствие разрыва потока мощности означает преимущество в разгоне. А семь передач S tronic вместо шести в обычных автоматах и механических коробках позволяют полнее реализовать возможности двигателя и одновременно сократить расход топлива.

T

TCS

Traction Control System — система контроля тяги, не допускающая сильной пробуксовки ведущих колес. Она работает за счет ограничения тяги двигателя и притормаживания соответствующих колес.

TDI

Turbocharged direct injection — прямой впрыск топлива в сочетании с турбонаддувом. Благодаря воспламенению от сжатия и большей теплоте сгорания дизельного топлива двигатели TDI отличает выдающаяся экономичность. В городских условиях в среднем они потребляют на 30% меньше топлива, чем бензиновые аналоги той же мощности. Другим важным преимуществом двигателей TDI является высокий крутящий момент. Именно он позволяет реализовать большое тяговое усилие, что особенно востребовано на внедорожниках. Поэтому двигатели TDI столь популярны на полноприводных автомобилях Audi.

TFSI

Turbocharged Fuel Stratified Injection — прямой послойный впрыск топлива в сочетании с турбонаддувом. Комбинация турбонаддува и непосредственного впрыска топлива дает двигателям TFSI огромное преимущество перед традиционными атмосферными моторами как в экономичности, так и в мощности. Турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая в буквальном смысле слова вылетает в трубу. Возвращая эту энергию, двигатель с турбонаддувом расходует меньше топлива, при этом обладая большей мощностью и ровной характеристикой крутящего момента. А непосредственный впрыск бензина оптимизирует процесс горения, что дополнительно улучшает экономичность.

tiptronic

Высокоэффективная автоматическая коробка передач с гидротрансформатором и возможностью для водителя самостоятельно выбирать передачи.

TT

Tourist Trophy, название спортивной модели Audi, берущей свою историю от гоночных автомобилей NSU 1100TT и 1200TT, принимавших участие в гонках Tourist Trophy на британском острове Мэн.

V

Vorsprung durch Technik

«Превосходство высоких технологий» — слоган марки Audi, выражающий технические инновации, прогрессивные решения, стремление к смелым экспериментам и индивидуальный подход к каждому клиенту.

W

Wanderer

Wanderer в переводе с немецкого означает «путешественник». Немецкий производитель мотоциклов и автомобилей. Компания Wanderer, основанная в саксонском городе Хемнице в конце XIX века, начинала с производства велосипедов и мотоциклов, позже переключившись на автомобили. Машины Wanderer в начале ХХ века отличали чрезвычайная надежность и высокое качество изготовления. Wanderer вместе с марками Horch, DKW и Audi входил в состав концерна Auto Union, который затем был преобразован в AUDI AG. Четыре перекрещенных кольца, товарный знак Auto Union и нынешняя эмблема Audi, символизируют слияние этих четырех марок.

X

xenon plus

Ксеноновые фары с динамическим управлением световым пучком и подсветкой поворотов.

Двигатели со стратифицированным зарядом — обзор

3 Экономия топлива и глобальное потепление

Со второй половины 1980-х годов глобальное потепление стало важной проблемой в международной политике, и 1980-е годы стали десятилетием глобальной атмосферы. Предсказания о широкомасштабных наводнениях, поскольку тепловое расширение океанов вызовет повышение уровня моря до 1 метра, все умы были сосредоточены на глобальном потеплении [12,13]. Выбросы парниковых газов попали под глобальный контроль несколько менее быстро в результате подлинной научной неопределенности в отношении масштабов проблемы в сочетании с мощным лоббированием со стороны отрасли ископаемого топлива.Наряду со многими другими источниками, выбросы парниковых газов в транспортном секторе также заслуживают серьезного внимания. По состоянию на 1998 год считалось, что автотранспортные средства являются самым крупным источником основных атмосферных загрязнителей [14]. Транспортный сектор считается одним из наиболее значительных факторов, вносящих вклад в ряд проблем окружающей среды и здоровья человека, в частности, подкисление климата, образование озона на уровне земли, локальное загрязнение воздуха и шум. В большинстве стран ОЭСР на транспорт приходится более 25% всех выбросов парниковых газов [15].

В этой связи появляется все больше научных доказательств того, что деятельность человека, особенно сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии, промышленности и транспорта, способствует потеплению нашей планеты. Наша атмосфера сейчас содержит на 32% больше углекислого газа — основного газа, вызывающего глобальное потепление, — чем это было столетие назад. Последствия накопления парниковых газов в нашей атмосфере уже очевидны. Глобальное потепление Средние температуры поверхности атмосферы выросли больше, чем в прошлом веке, а 1990-е годы были самым теплым десятилетием в истории наблюдений, ледники тают, уровень моря повышается, мы переживаем более частые и интенсивные штормы и засухи, экосистемы и привычки перемещаются, и виды вымирают с беспрецедентной скоростью.Большинство ученых-климатологов приходят к выводу, что эти тенденции будут продолжаться и ухудшаться с потенциально катастрофическими последствиями для здоровья людей, других биологических видов и планеты [16]. Транспорт также широко признан значительным и растущим источником загрязнения воздуха во всем мире. Считается, что выбросы выхлопных газов дорожного движения являются причиной серьезной озабоченности по поводу воздействия качества городского воздуха на здоровье человека и производство тропосферного озона. Несколько предыдущих обзоров были сосредоточены на отдельных видах транспорта и / или отдельных воздействиях транспорта на окружающую среду.На третьем Международном симпозиуме по транспорту и загрязнению воздуха особое внимание уделялось дорожному движению и качеству городского воздуха [17]. При полном сгорании топлива значительными транспортными выбросами в атмосферу по массе являются CO ₂ и водяной пар (H ₂ O). Помимо смеси углеводородов, все виды топлива содержат примеси. Сера при сгорании окисляется в основном до диоксида серы (SO ₂ ), а иногда и до сульфата, который способствует зарождению частиц в выхлопных газах.Некоторые другие примеси, например ванадий в масле, не горят или имеют продукты сгорания, которые имеют низкое давление пара и, таким образом, вносят дополнительный вклад в образование частиц.

В некоторых частях Африки и Азии органические соединения свинца, которые все еще добавляют в высокооктановый бензин для предотвращения преждевременного сгорания, также образуют частицы в выхлопных газах. Наконец, при высоких температурах горения большинства транспортных источников загрязнения воздуха атмосферный азот (N ₂ ) окисляется до оксида азота (NO) и небольших количеств диоксида азота (NO ₂ ), в дополнение к меньшим количествам из азотсодержащие примеси в топливе.Выбросы от дорожного движения существенно сокращаются за счет внедрения передовых технологий, а также за счет местных мер по сокращению выбросов. За некоторыми исключениями, все виды транспорта загрязняют воздух в результате сжигания ископаемого топлива. Поэтому сегодня большинство транспортных источников выбрасывают аналогичные загрязнители, хотя их относительное количество варьируется в зависимости от точного состава топлива и деталей условий горения. В 1970-х годах внезапно было замечено, что деревья явно умирают в сильно загрязненном «Черном треугольнике» Восточной Германии, Чехии и Польши [18–20], и множество мертвых рыб всплывает на поверхность шведских рек и озер [21]. ], а также аналогичные в условиях Северной Америки [22].Изначально виновато было широкое использование угля на крупных сжигательных установках. Международные соглашения, такие как Женева в 1979 г. и Хельсинки в 1985 г., были призваны сократить выбросы [23], следующим шагом к сокращению выбросов загрязняющих веществ могла бы стать замена ископаемого топлива ядерной энергией. Наконец, внимание было обращено на частные автомобили как источник оксидов прекурсоров азота из-за все более значительных атмосферных концентраций азотной кислоты. Трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы для борьбы с выбросами оксидов азота, углеводородов и окиси углерода используются в Германии с 1984 года, что на 9 лет раньше, чем было принято европейское законодательство, сделавшее такой контроль выбросов обязательным [23].Швеция и Швейцария также ввели стандарты выбросов транспортных средств, опередив остальные страны Европы, в 1976 и 1982 годах соответственно. Европа начала догонять Соединенные Штаты в области контроля выбросов от автомобильного транспорта. Также фактом является то, что на европейском уровне транспорт, как ожидается, станет крупнейшим источником выбросов парниковых газов в ЕС к 2010 году. В этой связи они пытаются достичь своей цели по сокращению выбросов парниковых газов примерно на 8% к 2008-2012 гг. В соответствии с Киотским протоколом. Протокол [23,25].

Несмотря на то, что США больше заботятся о стандарте экономии топлива, легковые автомобили в США являются важной частью проблемы глобального потепления.Известно, что в США проживает около 4% населения мира, но на США приходится более 25% мировых выбросов парниковых газов. На легковые и малотоннажные грузовики в США приходится почти 20% годовых выбросов CO ₂ в США [27]. Фактически, американские автомобили выделяют больше CO ₂ , чем общие национальные выбросы всех трех стран, а именно Китая, России и Японии [28]. Общий объем выбросов CO ₂ в отдельных странах представлен на рис. 2.

Рис.2. Общий объем выбросов в отдельных странах.

По данным Управления энергетической информации (EIA) Министерства энергетики, выбросы CO ₂ в транспортном секторе растут быстрее, чем в любом другом секторе конечного потребления, который составляет 1,8% в год, в то время как выбросы CO ₂ и промышленные растут на 1,4, 1,6 и 0,9% в год, соответственно, а общие выбросы CO ₂ растут в среднем на 1,4% в год [29]. В этом отношении должны быть приняты подходящие решения и меры, чтобы сделать жизнь на этой планете пригодной для жизни следующего поколения.Каждый должен сыграть свою роль в сокращении выбросов парниковых газов, которые способствуют изменению климата, выбор экономичного автомобиля — один из способов добиться этого и сэкономить деньги. Эта возможность сокращения выбросов парниковых газов может быть получена за счет снижения расхода топлива для обычных транспортных средств и внедрения транспортных средств, работающих на альтернативном топливе, которые будут обсуждаться в следующем разделе.

3.1 Снижение расхода топлива для обычных транспортных средств

В этом направлении разрабатываются и находят практическое применение новые передовые технологии, например, эти технологии включают двигатели с обедненной смесью [30], двигатель с прямым впрыском и слоистым зарядом [31 ], и бесступенчатая трансмиссия [32].Исследование по ссылкам [30–32] предполагает снижение расхода автомобильного топлива на 30% за счет использования технологий как двигателя с прямым впрыском со слоистым зарядом (сокращение на 20–25%), так и бесступенчатой ​​трансмиссии (сокращение на 10%).

3.2 Внедрение транспортных средств, работающих на альтернативном топливе

В связи с этим было разработано множество видов транспортных средств, работающих на альтернативном топливе, которые используют спирт, природный газ, электричество и так далее. Просто возьмем пример электромобилей, на количество выбросов CO ₂ электромобилей влияет соотношение компонентов первичной энергии, используемой на электростанциях.Ссылаясь на предыдущие исследования, посвященные анализу использования электромобилей, особенно в Японии, предполагается, что использование электромобилей снизит выбросы CO ₂ от транспортных средств на 50% [33].

Сгорание и выбросы в двигателе со стратифицированным наддувом DI новой концепции с двухступенчатым впрыском топлива

Разработан новый концептуальный двигатель DISC с двухступенчатой ​​системой впрыска. Двигатель был модифицирован из одноцилиндрового дизельного двигателя DI с большим диаметром цилиндра (135 мм).Были исследованы характеристики сгорания и выбросы выхлопных газов при использовании обычного бензина, а также были проведены эксперименты со смесями бензин-дизельное топливо с более высокими температурами кипения и более низким октановым числом. Для гибкой реализации послойного распределения смеси в камере сгорания топливо впрыскивалось в два этапа: первая стадия была перед тактом сжатия для создания однородной предварительно смешанной бедной смеси, а вторая стадия была в конце такта сжатия для поддержания стабильного зажигания. и более быстрое сгорание.В этой статье влияние двухступенчатого впрыска на сгорание и выбросы выхлопных газов было проанализировано в нескольких рабочих условиях.

Результаты показали, что стабильное и плавное сгорание без детонации в широком диапазоне рабочих режимов может быть реализовано в новом концептуальном двигателе DISC и по сравнению со стехиометрическим гомогенным сгоранием при BMEP 0,61 МПа, одновременном снижении SFC на 30% и NOx на 50%. были достигнуты. SFC и NOx были значительно снижены не только в обедненных условиях, но также и в стехиометрических условиях за счет послойного сжигания заряда с двухступенчатым впрыском.Оптимизация времени зажигания, времени вторичного впрыска топлива, пропорции двухступенчатого впрыска топлива и количества отверстий для форсунок была важна для эффективного сгорания и зажигания. Бездымная работа и работа без детонации также может быть достигнута с помощью топлива с более высокой температурой кипения и более низким октановым числом. Сажи не обнаружено даже на бензине, содержащем 50 об.% Дизельного топлива.

Выбросы NOx из двигателей ХИ с воспламенением от сжатия стали серьезной проблемой в городских условиях и во всем мире, и строгие правила могут вынудить переоборудовать некоторые двигатели ХИ на двигатели SI с искровым зажиганием, если контрмеры по выбросам двигателя ХИ останутся недостаточными.Однако такое преобразование представляет две проблемы в двигателях SI: (1) ухудшение теплового КПД, и выхлоп способствует парниковому эффекту, (2) ограничения диаметра цилиндра, приводящие к детонации, особенно в двигателях большого размера. Кроме того, компонент средней перегонки нефти, дизельное топливо, будет в избытке, так что будет желательно использование бензина с широкими фракциями с более высокими температурами кипения и более низким октановым числом. Сообщалось о том, что для повышения теплового кпд двигателей SI, бедное сгорание с помощью опрокидывания или завихрения воздуха в камере сгорания уже применяется на практике [1, 2 и 3].ДИСКОВОЕ сжигание обычно более эффективно для повышения теплового КПД, а также дает возможность безударной работы и использования широкого диапазона видов топлива. Несмотря на большой объем работы, обычные типы двигателей DISC не могут обеспечить стабильное и эффективное сгорание. Тем не менее, если впрыск топлива является гибким, что возможно с помощью сегодняшних технологий, можно ожидать, что двигатели DISC обеспечат более стабильное сгорание, более низкие выбросы выхлопных газов, более высокий тепловой КПД и более высокую мощность во всем рабочем диапазоне.

В ходе этого исследования был разработан новый концептуальный двигатель DISC с «двухступенчатой ​​системой впрыска топлива». Для достижения желаемых характеристик сгорания, снижения выбросов и более высокого теплового КПД и мощности расслоенное распределение смеси в камере сгорания гибко контролировалось с помощью двухступенчатого впрыска топлива: первая ступень была установлена ​​перед тактом сжатия для создания однородной предварительно смешанной бедной смеси. и вторая ступень в конце такта сжатия для поддержания стабильного зажигания и эффективного сгорания.Были исследованы характеристики сгорания и выбросы выхлопных газов при использовании обычного бензина, и эксперименты были распространены на смеси бензин-дизельное топливо с более высокими температурами кипения и более низкими октановыми числами.

Использование наддува и двойного впрыска для улучшенной работы двигателя с непосредственным впрыском и искровым зажиганием с расслоенным зарядом на бензине и топливе E30

В этом исследовании систематически изучается влияние стратегии впрыска и рециркуляции выхлопных газов на работу двигателя с прямым впрыском и искровым зажиганием с прямым впрыском и с искровым зажиганием при абсолютном давлении на впуске в диапазоне 100–160 мкПа.Разбавление азотом используется для понижения мольной доли кислорода на входе с целью имитации эффекта разрежения при рециркуляции выхлопных газов. Двигатель работает со скоростью 1000 об / мин с диапазоном расчетного среднего эффективного давления 380–680 кПа. Таким образом, значительное сокращение выбросов NOx и сажи из двигателя может быть достигнуто при многослойной работе при сохранении стабильного сгорания (~ 2% брутто изменчивости среднего эффективного давления) и высокого теплового КПД (~ 40%). Добавление рециркуляции выхлопных газов значительно снижает выбросы NOx не только за счет снижения температуры пламени, но и за счет замедления горения, что эффективно замедляет фазирование горения.Хорошо продуманная стратегия двойного впрыска с близким расположением является ключом к стабилизации горения и играет важную роль в подавлении выбросов сажи. Повышение всасывания позволяет достичь более высоких нагрузок с дальнейшим снижением выбросов сажи. Высокоскоростная двухкамерная визуализация пламени выявляет ключевые особенности распространения пламени для послойной работы с низкими выбросами NOx при высоких уровнях рециркуляции выхлопных газов. Условный анализ изображений пламени, основанный на скорости тепловыделения, показывает, что по сравнению с однократным впрыском, использование двойного впрыска создает более вытянутую искровую плазму, что коррелирует с более стабильным ранним сгоранием.Это также демонстрирует, что двойной впрыск обеспечивает более симметричное распространение пламени с меньшими участками, содержащими сажу, что указывает на более благоприятное распределение топлива. Послойная работа с бензином и топливом E30 демонстрирует схожие характеристики двигателя и уровни выбросов для двойного впрыска. Эти наблюдения предполагают, что топливные смеси E0 (бензин) –E30 могут быть совместимы с высокоэффективным режимом работы с искровым зажиганием с расслоенным зарядом. Однако для стратегии двойного впрыска 50/50 E30 продемонстрировал повышенные выбросы дыма при работе без наддува впуска, что указывает на то, что на определенные рабочие стратегии может отрицательно повлиять содержание этанола в топливных смесях E30.

• URL записи:
• Наличие:
• Дополнительные примечания:
• Авторов:
  • Цзэн, Вэй
  • Sjöberg, Magnus
• Дата публикации: 2017-2

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

• Регистрационный номер: 01713955
• Тип записи: Публикация
• Файлы: TRIS
• Дата создания: 24 мая 2019 16:49

Влияние времени впрыска на производительность и выбросы двигателя с прямым впрыском сжатого природного газа

В этой экспериментальной части исследуется влияние времени впрыска на производительность и выбросы гомогенной смеси с прямым впрыском сжатого природного газа.Использовался двигатель объемом 1,6 л, 4 цилиндра, искровое зажигание, степень сжатия 14. Производительность и выбросы регистрировались при полностью открытой дроссельной заслонке с помощью системы управления двигателем (Rotronics) и портативного анализатора выхлопных газов (Kane). Двигатель испытывался на скорости от 1500 до 4000 об / мин с шагом 500 об / мин. Блок управления двигателем (ЭБУ) был модифицирован с использованием Motec 800. Исследованные моменты времени впрыска были в конце впрыска (EOI) 120 bTDC, 180 bTDC, 300 bTDC и 360 bTDC.Результаты показывают высокую тормозную мощность, крутящий момент и BMEP с 120 по сравнению с другими временами впрыска. При 4000 об / мин мощность, крутящий момент и BMEP при 120 были на 5% по сравнению с 180. Кроме того, он показывает низкий BSFC и высокую эффективность преобразования топлива при 120. При 360 двигатель производит меньше CO и CO ₂ при более высоком скорости.

1. Введение

Поиск альтернативных видов топлива становится все более важной проблемой во всем мире. Это связано с несколькими очевидными причинами, в частности с колебаниями цен на нефть, тенденцией к снижению добычи нефти в мире, проблемами со здоровьем из-за загрязнения и тревожным глобальным изменением климата [1].Сжатый природный газ был выбран в качестве альтернативного топлива по многим причинам: высокое октановое число, высокая скорость пламени, возможность работы с двигателями с высокой степенью сжатия, низкий уровень выбросов и более низкая цена по сравнению с традиционным топливом (бензин и дизельное топливо). С другой стороны, он производит меньше энергии. Чтобы увеличить тормозную мощность, решение состоит в использовании прямого впрыска с подходящей степенью сжатия, чтобы избежать явления детонации.

Соотношение воздух-топливо КПГ составляет 17,23, поэтому процент необходимого топлива меньше по сравнению с другими видами топлива (бензин 14.37, дизель 14,4) [2]. Произошла идеальная синхронизация впрыска топлива, при которой максимальное давление в цилиндре и максимальная скорость тепловыделения достигли своих максимальных значений вместе с наименьшей продолжительностью сгорания, наименьшая продолжительность тепловыделения приближалась к верхней мертвой точке, но сохраняла низкий уровень HC и CO. выбросы [3].

Время впрыска является очень важным параметром для обеспечения лучшего сгорания, и это зависит от фаз газораспределения и момента зажигания; это основные факторы для оптимизации тепловыделения, влияющего на производительность двигателя [4].В этом двигателе CNGDI давление впрыска топлива составляет 20 бар. Для получения оптимального момента впрыска этот двигатель был протестирован с другим временем впрыска. В исследовании, в котором использовался единственный цилиндр с однородным и многослойным поршнем [5], было обнаружено, что наилучшее время впрыска было от 120 до 180 bTDC для достижения лучшей производительности.

В эксперименте с использованием одноцилиндрового двигателя, работающего на метаноле, со стратифицированным сгоранием при 1600 об / мин с полной нагрузкой, оптимизация впрыска и момента зажигания привела к улучшению удельного расхода топлива на тормозах на 10% [6].В другом эксперименте с использованием одноцилиндрового дизельного двигателя, работающего на природном газе, результаты испытаний с улучшенным моментом впрыска показали, что для каждого альтернативного топлива требуется впрыск, соответствующий его периоду задержки. Было обнаружено, что опережающая синхронизация приводит к незначительному увеличению расхода топлива. Произошло значительное сокращение выбросов CO ₂ с опережением сроков [7].

С использованием машины быстрого сжатия влияние времени впрыска было проверено на прямом впрыске природного газа.Результаты показали, что ранний впрыск приводит к увеличению продолжительности начального сгорания. Однако поздний впрыск приводит к большей продолжительности позднего сгорания. Ранний впрыск показал более низкую концентрацию CO в продуктах сгорания, тогда как поздний впрыск дал более низкий NO _x [8]. В другом исследовании с использованием одного цилиндра со степенью сжатия 14 был испытан прямой впрыск природного газа. При использовании диапазона частичного послойного сгорания (PSC) и времени начала впрыска (SOI) (от -130 до -50 градусов aTDC) результаты показали важное улучшение стабильности сгорания, фазировки и выбросов углеводородов [9].Кроме того, в другом исследовании, в котором использовался направленный впрыск природного газа с поздним временем впрыска и обедненным сжиганием, результаты показали, что среднее эффективное давление (IMEP) уменьшается с увеличением лямбда [10]. Кроме того, в другом исследовании использовался одноцилиндровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском бедного сгорания (стратифицированный); результаты показали дымовыделение, а количество продуктов неполного сгорания увеличивалось при позднем впрыске из-за увеличения близкой к богатой области смеси. С другой стороны, выбросы оксидов азота (NO _x ) были уменьшены, в то время как указанное среднее эффективное давление (IMEP) было увеличено из-за замедления времени впрыска [11].

В двигателе CNGDI, использующем различные смеси водорода (0%, 3%, 5% и 8%), время впрыска топлива проверялось с полностью открытой дроссельной заслонкой и лямбда (= 1). Результаты показали, что характеристики двигателя (например, тормозной момент, тормозная мощность и BMEP), давление в цилиндре и тепловыделение имеют самые высокие значения времени впрыска 180 bTDC, за которыми следуют 300 bTDC и 120 bTDC [ 12].

Эмпирическая часть, в которой используется четырехцилиндровое сгорание с непосредственным впрыском природного газа, испытывается с головкой поршня, которая может образовывать однородную смесь во время такта сжатия.Цель этого исследования — изучить оптимальную синхронизацию впрыска с использованием различных точек для получения более высоких характеристик двигателя при меньших выбросах. Что касается угла опережения зажигания, оно было фиксированным на всех испытаниях.

2. Материалы и методы

Для управления работой КПГ были установлены 1,6-литровый двигатель с диаметром цилиндра 7,6 см, ходом 8,8 см и 4-цилиндровым двигателем с искровым зажиганием с прямым впрыском, заполненный сжатым природным газом. Технические характеристики двигателя приведены в таблице 1. В качестве топлива использовался КПГ.Существенное преимущество КПГ в качестве антидетонационной защиты связано с более высокой температурой самовоспламенения и более высоким октановым числом по сравнению с бензином, как показано в таблице 2. Кроме того, КПГ имеет высокое соотношение воздух-топливо и теплотворную способность: 17,23 и 47,377 МДж / кг соответственно. Состав КПГ, используемого в Малайзии, показан в таблице 3.

Параметр Значение Единица 60 Количество цилиндров — Тип Рядный — Вместимость 1596 см 3 Диаметр цилиндра 76 мм Ход 88 мм Длина шатуна 131 мм Степень сжатия 14 — Открытие впускного клапана 12 bTDC Закрытие впускного клапана 48 9015 451 Впускного клапана 901 bBDC Закрытие выпускного клапана 10 aTDC Максимальный подъем впускного клапана 8.1 мм Максимальная высота подъема выпускного клапана 7,5 мм

9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 Моторное октановое число 80–90 120 Молярная масса (г / моль) 110 16.04 Массовая доля углерода (мас.%) 87 75 (A / F) s 14,7 17,23 Плотность стехиометрической смеси (кг / м) 3 9019 1,38 1,24 Нижняя теплотворная способность (МДж / кг) 43,6 47,377 Нижняя теплотворная способность стоика. смесь (МДж / кг) 2,83 2,72 Пределы воспламеняемости (об.% в воздухе) 1.3–7,1 5–15 Температура самовозгорания (° C) 480–550 645

---

---

Символ	Объемный%
Метан	CH 4	94,42
Этан	C 2 2 929
Пропан	C 3 H 8	0,03
Бутан	C 4 H 10	0,25		0,25	CO 2 диоксид углерода	0,57
Азот	N 2	0,44
Прочие	()	2,0

Переносной анализатор выхлопных газов используется для управления работой двигателя и регистрации характеристик двигателя и данных о выбросах.Программное обеспечение KRONOS 4 — это программное обеспечение испытательного стенда, показанного на рисунке 1. Результаты были записаны в установившемся режиме, поэтому для оценки плотности воздуха на входе регистрировались окружающее давление, окружающая температура и влажность. Портативный анализатор выхлопных газов Kane-May, имеющий сертификат класса 1 Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ), был откалиброван для каждого теста, чтобы получить правильные результаты. Настройка ЭБУ изменяется с помощью программного обеспечения Motec путем изменения конца впрыска (EOI) на 120 bTDC, 180 bTDC, 300 bTDC и 360 bTDC.

Двигатель работал с полной нагрузкой при полностью открытой дроссельной заслонке. Используемая однородная головка поршня показана на рисунке 2.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Сила торможения

На рис. 3 показана зависимость мощности торможения от частоты вращения двигателя от 1500 до 4000 об / мин. Результаты показали высокую тормозную мощность с EOI 120 bTDC. При 4000 об / мин мощность была меньше 5% по сравнению с EOI 180 bTDC. Увеличение мощности произошло по многим причинам, включая высокое давление и тепловыделение.Кроме того, время впрыска происходит, когда оба клапана закрыты; это привело к обеднению смеси и снижению расхода топлива. Кроме того, позднее время впрыска с высоким давлением и подходящая продолжительность сгорания увеличивают производительность двигателя и обеспечивают хорошее распространение пламени. По сравнению с другим исследованием Zeng et al. Выбор момента впрыска топлива оказал большое влияние на характеристики двигателя, сгорание и выбросы, и это влияние стало главным образом в случае позднего впрыска. Однако оптимальная синхронизация впрыска топлива с высоким давлением и большим тепловыделением получит высокие значения [3].Для двигателя с гомогенным сгоранием, момент впрыска устанавливается в начале такта сжатия, чтобы обеспечить лучшее смешивание топлива и воздуха [4]. Мощность составляет 13,18 кВт при 1500 об / мин и 53,12 кВт при 4000 об / мин для EOI 120 bTDC.

3.2. Тормозной момент

На рисунке 4 показан тормозной момент в зависимости от частоты вращения двигателя при различных моментах впрыска (120, 180, 300 и 360) bTDC. Результаты показали высокий крутящий момент с EOI 120 bTDC с 13,6%, 18% по сравнению с EOI 300 bTDC и EOI 360 bTDC соответственно.Максимальный крутящий момент был зарегистрирован при 4000 об / мин с 133,8 Нм при EOI 180 bTDC, в то время как он составлял 126,8 Нм при EOI 120 bTDC с менее 5%. В другом исследовании [13] было обнаружено, что максимальный крутящий момент имел место при 5500 об / мин с на 123,47 Нм меньше (2,7%, 8,36%) по сравнению с EOI 120 bTDC и EOI 180 bTDC соответственно. Основными факторами, влияющими на тормозной момент, являются отсутствие преобразования химической энергии в механическую, что во многом связано с объемным КПД, смешиванием топлива, чистой скоростью тепловыделения и давлением в цилиндре.

3.3. BSFC

На рисунке 5 показан удельный расход топлива при тормозе (BSFC) в зависимости от частоты вращения двигателя. Результаты показали меньший BSFC при EOI 120 bTDC. BSFC при EOI 120 bTDC составляет 194,8 г / кВтч при 1500 об / мин и уменьшается на высокой скорости до 88,34 г / кВтч. Это меньше (13,2%, 6,5% и 12,5) на низкой скорости, меньше (7,7%, 29% и 28%) на высокой скорости по сравнению с EOI 180 bTDC, EOI 300 bTDC и EOI 360 bTDC соответственно.

3.4. BMEP

Рисунок 6 иллюстрирует зависимость среднего эффективного давления в тормозной системе (BMEP) от частоты вращения двигателя.Результаты показали, что BMEP увеличивается с увеличением оборотов двигателя. Двигатель с EOI 120 bTDC давал максимальное значение на 10 бар при 4000 об / мин больше (17%, 18%) по сравнению с EOI 300 bTDC и 360 bTDC соответственно. Скорость выделения тепла, хорошее перемешивание и достаточное время горения повлияли на BMEP.

3.5. Эффективность преобразования топлива

На рисунке 7 показана эффективность преобразования топлива () в зависимости от частоты вращения двигателя. Результаты показали максимальное значение 86% при 4000 об / мин при EOI 120 bTDC.В целом все диапазоны скоростей КПД преобразования топлива высокие при EOI 120 bTDC. Минимальное зарегистрированное значение составляло 33,8% при 1500 об / мин при EOI 180 bTDC, но при 4000 об / мин минимальное значение наблюдалось при EOI 300 bTDC со значением 61%. Судя по предыдущим результатам, высокое давление и большое тепловыделение являются основными причинами повышения эффективности преобразования топлива.

3.6. Лямбда

На рисунке 8 показана зависимость лямбда () от частоты вращения двигателя. По результатам почти лямбда была. Результаты показали низкие значения при низкой скорости для EOI 120 bTDC с 0.845, что меньше единицы; это означает, что смесь богатая. Для высоких скоростей результаты показывают высокое значение лямбда при EOI 120 bTDC. Максимальное значение составляло 1,46 при 4000 об / мин при EOI 120 bTDC.

3,7. Объемный КПД

Рисунок 9 иллюстрирует объемный КПД в зависимости от частоты вращения двигателя. Максимальное значение составляет 1500 об / мин в EOI 360 bTDC с 0,51, потому что впрыск заканчивается, пока выпускной клапан все еще открыт, что увеличивает поток воздуха, проходящего через впускной коллектор, и некоторое количество топлива, проходящего через выпускной коллектор.В EOI 120 bTDC объемный КПД меньше на низких скоростях по сравнению с другими временами впрыска.

3.8. Выбросы

На рисунках 10, 11 и 12 показаны CO, CO ₂ и O ₂ , соответственно, в зависимости от частоты вращения двигателя. На Рисунке 10 содержание монооксида углерода (CO) меньше при EOI 360 bTDC на всех скоростях, за исключением 1500 об / мин, оно было меньше при EOI 120 bTDC со значением 0,32% объема. Самый высокий выброс CO был при 300 bTDC, 4000 об / мин со значением 3,96% объема. На Рисунке 11 результаты показали, что выбросы диоксида углерода (CO ₂ ) меньше при EOI 120 bTDC на низких скоростях, но выше на высоких.Минимальное значение было зарегистрировано при 4000 об / мин при EOI 360 bTDC с 9,4%. Наибольшее значение CO ₂ было получено при 120 bTDC, 3000 об / мин со значением 12,1%. Результаты показали высокое значение O ₂ при EOI 360 bTDC на высокой скорости. На низкой скорости O ₂ высокий при EOI 120 bTDC.

4. Выводы

Альтернативные виды топлива становятся важной проблемой во всем мире, и природный газ является важным выбором вместо традиционных видов топлива.Время впрыска очень тесно связано с фазами газораспределения. Таким образом, установка момента впрыска зависела как от времени впускного, так и выпускного клапана. Время впрыска также можно изменять в зависимости от режима сгорания, нагрузки двигателя и скорости двигателя. Результаты этого исследования можно резюмировать следующим образом: (i) В среднем максимальная мощность торможения и тормозной момент достигаются при EOI 120 bTDC. (Ii) При 4000 об / мин мощность торможения и тормозной момент высокие при EOI 180 bTDC. (iii) BSFC снижается до EOI 120 bTDC.(iv) Эффективность преобразования топлива высока при EOI 120 bTDC на различных оборотах двигателя. (v) CO снижается при EOI 360 bTDC на всех скоростях, за исключением 1500 об / мин, он был меньше при EOI 120 bTDC. (vi) Результаты показывают, что CO _{2 Эмиссия} также снижается при EOI 120 bTDC на низких скоростях, но выше на высоких скоростях.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Министерство науки, технологий и инноваций Малайзии (MOSTI) за поддержку в рамках гранта научного фонда на исследования 03-01-02-SF0995.

Вода при сжигании дизельного топлива

Вода при сжигании дизельного топлива

W. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Добавление воды в процесс дизельного топлива снижает температуру сгорания и снижает выбросы NOx. Наиболее распространенные методы введения воды — это прямой впрыск в цилиндр, процесс, который используется в некоторых морских и стационарных дизельных двигателях, и эмульсии воды в топливе.Эмульгированные топлива из-за повышенного перемешивания в диффузионном пламени дизельного топлива также могут быть эффективными для одновременного снижения выбросов PM и NOx.

Добавление воды в процесс дизельного топлива

Способы добавления воды

Добавление воды в процесс сгорания дизельного топлива является известным методом уменьшения NOx и, в некоторых случаях, одновременного уменьшения выбросов NOx и PM. Само представление о заливке воды в цилиндр дизельного двигателя может показаться спорным.В конце концов, инженеры приложили все усилия, чтобы добиться прямо противоположного и защитить камеру сгорания от загрязнения водой, будь то топливо или конденсация воды в охладителях всасываемого воздуха. Споры вокруг добавления воды основаны на наблюдении, что капли воды, попадающие на стенки цилиндра, могут немедленно разрушить масляную пленку смазки. Однако эта опасность, хотя и весьма реальная, исходит исключительно от жидкой воды. Когда вода испаряется, она больше не может влиять на пленку смазочного масла [603] .Таким образом, методы добавления воды, которые гарантируют, что капли воды не могут контактировать с поверхностью гильзы цилиндра, можно считать безвредными. Были высказаны дополнительные опасения, что повышенная концентрация водяного пара в цилиндре двигателя может привести к конденсации воды и / или серной кислоты, что приведет к проблемам с коррозией. По-видимому, и эти подозрения не оправданы, так как точка росы серной кислоты при очень высоком соотношении вода: топливо 1: 1 увеличивается только до 15 ° C [604] . Учитывая температуры при сгорании дизельного топлива, конденсация в камере сгорания невозможна в любое время.

Как правило, воду можно вводить в процесс сгорания дизельного топлива одним из следующих способов:

• Топливо эмульгированное
• Впрыск воды в цилиндр
• Впрыск воды во впускаемый воздух

Эти методы схематически показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 . Способы добавления воды

Эмульсия представляет собой систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых тонко диспергирована в другой.Во всех эмульсиях вода / дизельное топливо, имеющих практическое значение, вода диспергирована в виде мелких капель в непрерывной фазе дизельного топлива. Этот тип эмульсии, схематически показанный на Рисунке 2, часто называют эмульсией «вода в топливе». В противоположной конфигурации, когда топливо диспергировано в непрерывной водной фазе, вода с гораздо большей вероятностью будет контактировать с поверхностью гильзы цилиндра и другими металлическими частями, что приведет к коррозии и проблемам с двигателем.

Рисунок 2 . Водно-топливная эмульсия

На практике работа двигателя на водотопливной эмульсии позволяет снизить выбросы NOx примерно на 50%, при этом необходимое количество воды составляет примерно один процент на каждую процентную точку снижения NOx [603] .Ограничивающим фактором для водных эмульсий является производительность системы впрыска. Если эмульсии должны использоваться без модификации двигателя (например, для замены обычного топлива в существующих двигателях), максимальное количество воды и степень снижения NOx ограничиваются примерно 10-20%. Даже в этом случае двигатель может не достичь своей номинальной мощности, фактически работая в несколько пониженных условиях.

Эмульсии отличаются от других методов добавления воды тем, что вода, включенная в сами капли распыляемого топлива, вводится непосредственно в область пламени сгорания, где образуются выбросы.В дополнение к преимуществу NOx, которое во всех методах объясняется, в первую очередь, снижением температуры горения за счет воды, эмульсии приводят к улучшенному распылению и смешиванию топливной струи. Улучшенное перемешивание, которое распространяется по всему диффузионному пламени, может привести к значительному снижению выбросов ТЧ. В результате водно-топливные эмульсии являются одной из редких стратегий контроля выбросов дизельных двигателей, которые могут одновременно снизить выбросы NOx и твердых частиц без или с небольшим снижением экономии топлива.Снижение выбросов ТЧ эмульсиями еще не изучено так тщательно, как сокращение выбросов NOx. Тем не менее, как будет обсуждаться позже, достижимая эффективность сокращения выбросов твердых частиц более чем в два раза превышает уровень сокращения выбросов NOx.

Впрыск в цилиндр воды требует отдельной, полностью независимой системы впрыска, предпочтительно с электронным управлением. Этот метод дает возможность впрыскивать очень большие количества воды без снижения мощности двигателя.Эта система также позволяет при необходимости включать и выключать впрыск воды, не влияя на надежность двигателя. Прямой впрыск воды необходимо тщательно оптимизировать в отношении времени впрыска, расхода воды, выбросов и других параметров. Такая гибкость в оптимизации параметров позволяет добиться снижения NOx, аналогичного тому, которое наблюдается в эмульсионных системах, несмотря на то, что вода не вводится непосредственно в область пламени дизельного топлива в качестве неотъемлемой части спрея. Однако сокращение выбросов ТЧ, если таковое имеется, не соответствует сокращению выбросов эмульгированного топлива.Сложная разработка, необходимая для систем впрыска воды в различных типах двигателей, делает этот подход подходящим для OEM, а не для модернизированных приложений.

Фумигация , то есть введение воды во всасываемый воздух, является наиболее простым методом добавления воды. Этот метод предлагает очень мало контроля над параметрами впрыска, такими как временные или пространственные координаты. По этой причине наблюдаемое снижение NOx обычно ниже, чем при использовании эмульсий или прямого впрыска.Фумигация обычно снижает выбросы NOx на 10% на каждые 20% добавления воды в топливо [603] .

Если фумигированная вода не полностью испаряется во всасываемом воздухе, она будет попадать на стенки цилиндра, вызывая разрушение пленки смазочного масла и повреждение двигателя. Более безопасный подход — окуривать водяной пар, а не жидкость. Водяной пар может образовываться с использованием отработанного тепла двигателя, например, от выхлопных газов и / или сжатого наддувочного воздуха. Другая возможность — использовать пар, который может быть доступен в некоторых стационарных двигателях.

Независимо от метода добавления воды необходимо учитывать логистику подачи воды. Использование эмульгаторов позволяет получать эмульсии, которые могут оставаться стабильными в течение нескольких дней или даже недель. В этом случае автомобили можно просто заправлять эмульсией вместо обычного топлива. Очевидно, что такое применение эмульсий ограничено автопарком, который централизованно заправляется топливом с одного объекта, на котором будет готовиться эмульсия. Другие методы добавления воды потребуют, чтобы на транспортном средстве были установлены резервуары для воды и системы обработки.Очевидным недостатком таких систем является большое количество воды, необходимое для снижения выбросов NOx, что потребует больших резервуаров и частого пополнения. Вероятно, это основная причина, по которой технологии добавления воды привлекают больше внимания в стационарных и морских приложениях, где подача большого количества воды менее проблематична. Однако большинство систем для океанских судов будут работать только с пресной водой, что потребует дополнительного оборудования для производства пресной воды.

###

Mercedes-Benz | Немецкий автопроизводитель поставляет V-6 со стратифицированным зарядом для U.С.

CARMEL BY THE SEA, Калифорния — Mercedes-Benz представит на рынок США в конце этого года серийный двигатель V-6 с системой впрыска топлива со стратифицированным наддувом, которая, как ожидается, единолично повысит экономию топлива до 6%.

Автопроизводитель пока не может идентифицировать автомобиль, но двигатель представляет собой модифицированную версию крепкого 3,0-литрового твин-турбо V-6, который теперь используется в автомобилях C-класса, родстерах SLC, GLE CUV и GL SUV. Этот двигатель был включен в конкурс Wards 10 Best Engines 2016 года, оцененный в 362-сильном седане C450 AMG.

С новым применением стратифицированного заряда в 3,0-литровом двигателе V-6 будет по-прежнему использоваться прямой впрыск топлива, но форсунки были переработаны для распыления под более высоким давлением позже во время такта впуска, непосредственно перед сжатием, и топливо имеет форму поступают в определенные области цилиндра для оптимизации сгорания.

По словам Барта Херринга (Bart Herring), генерального менеджера по управлению продукцией Mercedes-Benz в США, эта стратегия обеспечивает гораздо более обедненную воздушно-топливную смесь в камере, чем при использовании традиционной системы гомогенного заряда, которая более равномерно заполняет камеру перед сгоранием.

Херринг говорит, что у Mercedes уже есть некоторые автомобили на европейских дорогах, использующие многослойное сгорание топлива.

«Преимущество в том, что вы можете получить такую ​​же отдачу при меньшем расходе топлива», — говорит Херринг WardsAuto во время презентации для СМИ совершенно нового Mercedes E-Class. «Вы хотите направить топливо, потому что в камере сгорания есть определенные горячие точки, в которых более выгодно иметь топливо».

Херринг говорит, что у Mercedes уже есть ограниченное количество транспортных средств на дорогах в Европе, использующих стратегию расслоенного заряда, и что это первоначальное приложение в США.S., в случае успеха, может привести к широкому использованию во всех бензиновых двигателях.

Он не смог указать добавленную стоимость технологии, но Херринг говорит, что потенциал повышения экономии топлива от 4% до 6% без снижения мощности или крутящего момента огромен. Он ожидает, что клиенты даже не узнают, что новая технология работает, но заметят впечатляющую экономию топлива.

«Все борются за четверть процента, полпроцента или 1% с точки зрения экономии топлива (улучшения)», — говорит он.«Это могло быть 6%. Вы получаете тот же эффект от постной смеси ».

Херринг говорит, что ему ничего не известно о других автопроизводителях, использующих эту технологию в американских автомобилях.

Тем не менее, Honda достигает аналогичного эффекта расслоения заряда благодаря своему хорошо зарекомендовавшему себя 4-цилиндровому двигателю объемом 2,4 л с прямым впрыском топлива, который обеспечивает более богатую воздушно-топливную смесь возле свечи зажигания для облегчения зажигания, максимизируя эффективность при низких оборотах двигателя и помогает снизить выбросы при низких температурах.

Mercedes запускает совершенно новый седан E-Class, за которым вскоре последуют универсал и кабриолет, а также высокопроизводительный седан E43 AMG, который будет использовать 3.0L твин-турбо V-6. Однако Херринг говорит, что у E43 AMG не будет системы стратифицированного заряда.

Технология Mercedes появится в связи с введением в США более чистого бензина со сверхнизким содержанием серы, который облегчит некоторые проблемы с последующей обработкой выхлопных газов, связанные со стратифицированной заправкой.

Большая часть Калифорнии и части восточного и западного побережья, а также многие столичные рынки, борющиеся со смогом, уже имеют бензин со сверхнизким содержанием серы, и ожидается, что миграция будет завершена по всей стране к 2018 году, говорит Херринг.

В этом первом автомобильном приложении Mercedes разрабатывает систему контроля выбросов для работы с обоими типами бензина. Однако даже с более чистым топливом для системы с расслоенным зарядом, вероятно, потребуется ловушка для сжигания избыточных оксидов азота, которые приводят к сжиганию обедненной смеси, говорит Херринг.

По словам Херринг, помимо новых топливных форсунок, для работы системы потребуется новое программное обеспечение.

Остается неясным, когда именно турбо V-6 прибудет с расслоенным зарядом из-за непредсказуемости процесса утверждения EPA, говорит он.

«Сертификация — это теперь большой черный ящик», — говорит он. «Вы бросаете машину, и вы говорили, что она выйдет во вторник. Теперь это может быть через пять месяцев ».

Херринг описывает стратифицированный заряд как пример доведения технологии в пределах обычного силового агрегата до абсолютного предела как часть многогранного подхода к соблюдению требований по экономии топлива и выбросам, которые в ближайшие годы будут усиливаться.

«В этой сфере нас ждут великие дела», — говорит он.«Мы с нетерпением ждем того, что (стратифицированная зарядка) принесет с собой в дорогу с точки зрения экономии топлива, а также по-прежнему дает тот же клиентский опыт и большую мощность — все то, чего они ожидают».

[адрес электронной почты защищен]

| Автомобильные новости Европы | VW планирует прямой впрыск для всех двигателей

ВОЛЬФСБУРГ, Германия — По словам председателя VW Фердинанда Пиха, к 2005 году все автомобили Volkswagen с бензиновым двигателем будут оснащены экономичным прямым впрыском.

Первым примером будет Lupo FSI (с распределенным впрыском топлива), который поступит в продажу в конце этого года. В специальном Lupo используется 1,4-литровый четырехцилиндровый двигатель мощностью 105 л.с.

При работе на бессернистом бензине (менее 10 частей на миллион) Lupo FSI в среднем составляет 4,9 литра на 100 км в официальном европейском цикле испытаний — 6,3 литра в городе; 4,1 литра при загородной езде.

Тот же двигатель с непрямым впрыском и мощностью 101 л.с. потребляет 9,3 литра в городе и 5,1 литра на открытой дороге.

Стратифицированный впрыск означает, что соотношение воздух-топливо богатое около свечи зажигания и бедное в другом месте камеры сгорания. Бедная смесь воспламеняется от взрыва богатой смеси рядом с пробкой. В результате в камеру закачивается меньше бензина.

Lupo FSI построен на той же линии, что и «трехлитровый» дизельный Lupo в Вольфсбурге. Многие из специальных легких конструкций кузова, используемых на дизельном Lupo, который может проехать 100 км на трех литрах топлива, можно найти на FSI.

В FSI также используется та же трансмиссия — обычное зубчатое колесо с автоматическим управлением и механизмом переключения передач Tiptronic.

Чтобы ограничить выбросы оксидов азота (NOx) в результате сжигания обедненной смеси, VW приобрел патент на катализатор Toyota. Специальный катализатор собирает NOx, когда автомобиль движется в экономичном режиме послойного впрыска топлива.

После заполнения коллектора двигатель ненадолго переходит в нормальный рабочий режим — 14,7 частей воздуха на одну часть бензина.Затем он выдувает остатки NOx. Водитель изменений не замечает.

VW утверждает, что его катализатор может выдерживать более высокое содержание серы, чем катализатор Toyota, потому что он добавляет барий в смесь платины, родия и других редких металлов, используемых в устройстве.