Эконостат: технологический прорыв в экономичности автомобильных двигателей

Двс экономичные и экологичные – новое решение проблемы

Известно, что наиболее широкое применение в качестве силовых установок в настоящее время имеют двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Их общая мощность составляет около 90% всех энергоустановок мировой энергетики.

Широкое распространение ДВС обусловлено тем, что в результате многолетнего развития, ставшего возможным благодаря общему научно-техническому прогрессу, успехам металлургии и машиностроения, они достигли весьма высоких энергетических показателей и экономичности, обладают достаточной надежностью и хорошо освоены в технологическом отношении.

В процессе работы ДВС непрерывно взаимодействуют с окружающей средой, получая из нее топливо и воздух и воздействуя на нее продуктами своей деятельности, что порождает значительное количество экономических и экологических проблем.

Обратите внимание

Начинаются эти проблемы со сжигания большого количества природного органического топлива. Разведанные же запасы его далеко не безграничны, и это в перспективе представляет серьезную экономическую и экологическую опасность для человечества.

Процесс превращения энергии топлива в механическую работу в ДВС включает в себя, как обязательный элемент, окисление этого топлива с использованием кислорода атмосферного воздуха.

При этом следует помнить, что кислород расходуется независимо от того, какое топливо сжигается в цилиндрах: дизельное или бензин, спирт, газ или чистый водород и каким будет состав отработавших газов. Широкая распространенность ДВС обусловливает интенсивное его расходование.

Только за один час работы двигателя легкового автомобиля среднего класса расходуется столько кислорода, сколько его требуется одному человеку для дыхания в течение месяца.

Ученые полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кислорода в атмосфере сократится на треть по сравнению с современным его содержанием.

Уже ясно, что ухудшение состояния окружающей среды и здоровья людей происходит и будет происходить в будущем не столько из-за выбросов токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах двигателей, сколько из-за дефицита кислорода в атмосфере Земли.

Серьезнейшие проблемы в окружающей среде порождает и то, что выбрасывают в нее ДВС. В первую очередь, это вредные и токсичные вещества, входящие в состав отработавших газов. Они наносят непоправимый вред здоровью человека, возведенным им зданиям, сооружениям и природе.

Другая, не менее негативная, особенность ДВС заключается в том, что их КПД в среднем составляет около 35%, остальные 65% энергии, выделившейся при сжигании топлива, уходят на обогрев окружающей среды. При этом выбрасываемые в атмосферу газы имеют высокую температуру (до 700° С).

Источник: https://t-magazine.ru/pages/dvs

Повышение экономичности ДВС

Повышение экономичности ДВС достигается совершенствованием их конструкции. Основой сокращения расхода топлива при этом является улучшение процесса его сгорания в цилиндрах.

В бензиновых карбюраторных ДВС нетяговые режимы (холостой ход и принудительный холостой ход) характеризуются высокой концентрацией в ОГ оксида углерода и углеводородов из-за неудовлетворительного перемешивания топлива с воздухом. Для устранения этого недостатка была разработана система холостого хода с дроссельным распылением топлива «Каскад».

Положительным качеством этой системы является возможность ее использования для карбюраторов массового производства и способность сохранять практически неизменным состав поступающей в ДВС горючей смеси при изменении в широких пределах ее количества. При этом эта система позволяет снизить содержание СО в ОГ на режиме холостого хода на 1, 0—1, 5 %.

Важно

Что же касается режима принудительного холостого хода, то здесь необходимо иметь в виду следующее: в городских транспортных потоках продолжительность работы, например, грузовых автомобилей на этом режиме достигает 25 % времени нахождения их на линии, из них 18 % при закрытой дроссельной заслонке. При этом ДВС не совершает транспортной работы, однако потребляет 8—12 % топлива от общего расхода с выделением большого количества токсичных веществ с ОГ.

Существует несколько направлений реализации технических средств, позволяющих уменьшить выброс токсичных веществ с ОГ на режиме принудительного холостого хода.

Устройства для улучшения горения топлива. Эти устройства бывают двух видов.

К первому относятся устройства для улучшения горения топлива (приоткрыватель дроссельной заслонки, демпфер ее закрытия при резком отпускании педали управления этой заслонкой, различного рода клапаны для подачи дополнительного количества горючей смеси или воздуха), что приводит к снижению выброса углеводородов на 30—40 %.

Однако при этом существенно ухудшается эффект от торможения автомобиля двигателем, увеличивается на 2—4 % расход топлива, повышается на 7—10 % уровень выброса СО и возрастает износ тормозных накладок. Вследствие этого первое направление следует считать нерациональным.

Поэтому в настоящее время распространение находят устройства второго вида (прекращается горение топлива на режиме принудительного холостого хода), к которым относятся экономайзеры принудительного холостого хода.

Экономайзер принудительного холостого хода отключает подачу топлива воздушной смеси через систему холостого хода на режиме принудительного холостого хода, т. е. при торможении автомобиля двигателем, когда отпущена педаль управления дроссельными заслонками, а сцепление не выключено.

При режиме принудительного холостого хода дроссельные заслонки закрыты, а частота вращения коленчатого вала превышает частоту вращения на холостом ходу. С помощью экономайзера перекрывается выход топливовоздушной эмульсии, что исключает выброс в атмосферу оксида углерода (СО) и одновременно уменьшает расход топлива. Например, использование такого экономайзера на автомобиле ЗИЛ-130 обеспечило реальную экономию топлива на 1, 5—2 % при снижении содержания СО в 2, 1 раза и углеводородов в 1, 35 раза во время замедления хода автомобиля.

Использование электронных средств регулирования состава горючей смеси. Применение электронных карбюраторных систем не требует существенных изменений всей подачи топлива, поскольку карбюратор используется как основной дозирующий орган, к которому добавочно устанавливается электронный регулятор, уточняющий состав горючей смеси.

Совет

В результате применения электронного управления дроссельной заслонкой карбюратора расход топлива уменьшается вследствие прекращения его подачи на принудительном холостом ходу (на 1—4 %) и регулирования частоты вращения вала ДВС на холостом ходу (на 1—2 %), суммарное снижение расхода топлива в условиях эксплуатации составляет 8—10 %.

Применение электронных систем управления впрыском бензина дает снижение расхода топлива при одновременном уменьшении концентрации токсичных компонентов в ОГ.

Здесь вместо карбюраторов применяются специальные распылители, где происходит распад струи жидкого топлива на мелкие однородные капли, истекающие через сопло вместе с воздухом со скоростью звука, и полученная таким образом топливовоздушная смесь поступает через соответствующий регулятор во впускной трубопровод и цилиндры ДВС.

Специальные электронные датчики системы подают в микроЭВМ информацию о разряжении во впускном трубопроводе, степени и скорости открытия дроссельной заслонки, температурном режиме ДВС и температуре воздуха, поступающего в цилиндры, частоте вращения коленчатого вала ДВС и т. д.

ЭВМ за доли секунды перерабатывает всю информацию и подает временной импульс к впрыскивающим форсункам, обеспечивающим подачу в цилиндр определенной дозы топлива. Преимуществом электронной системы впрыска является отсутствие отдельного привода от ДВС и то, что она может быть установлена на любом ДВС с минимальными переделками.

Точное же дозирование топлива по отдельным цилиндрам на всех режимах работы ДВС с обеспечением необходимого согласования характеристик топливной системы ДВС и условий его эксплуатации помимо снижения токсичности ОГ уменьшает расход топлива на 8—9 %.

Обеднение топливовоздушной смеси. Снижению выбросов продуктов неполного сгорания топлива и повышению экономичности ДВС способствует также обеднение топливовоздушной смеси. Однако работа бензинового ДВС при коэффициенте избытка воздуха α> 1, 15 практически невозможна из-за возникновения пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах.

Полное сгорание бедных смесей даже при α> 1, 3 может быть обеспечено расслоением заряда, при котором воспламенение и начальная стадия процесса сгорания происходит в зоне обогащенной, а последующая осуществляется в зоне бедной смеси (форкамер-но-факельное зажигание).

Обратите внимание

Это препятствует образованию оксидов азота, поскольку в первой стадии сгорания недостаточно кислорода, а во второй относительно низкая температура горения. При расслоении заряда содержание оксида углерода в выбросах не превышает 0, 2 %, и концентрация углеводородов в них также понижается из-за меньшего содержания топлива в бедной смеси основной камеры.

Непосредственный впрыск топлива выводит на новый уровень технологию работы двигателей на бедных смесях. В этом случае в цилиндр подается только воздух, а топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания.

Вокруг свечи зажигания формируется облако готовой к воспламенению горючей смеси, что позволяет поднять воздухо-топливное соотношение выше, чем в традиционных двигателях. Поскольку в камере сгорания формируется смесь неодинаковой плотности, то это явление называют «расслоением» заряда.

На самом деле на режимах полной нагрузки происходит переход к формированию гомогенной смеси нормального состава, но даже с учетом этого достигается снижение СО2 более чем на 30 % при увеличении мощности на 10 %. Необходимо отметить, что непосредственный впрыск топлива дополняется системой управляемого вихря и специальной формой днища поршня, что усиливает эффект расслоения заряда. Для обеспечения требуемого уровня выбросов NOx двигатели с непосредственным впрыском оборудуют специальными системами нейтрализации.

Одна из попыток решения проблемы экологической безопасности автомобильных двигателей предпринята фирмой Orbital Engine Company (ОЕС) применительно к двухтактному двигателю. В системе впрыска ОЕС топливо сначала поступает в смесительную камеру пневматической форсунки, установленной в камере сгорания сферической формы.

Туда же под давлением 0, 5 МПа подается сжатый компрессором воздух. В начале такта сжатия воздух, поступающий в смесительную камеру форсунки, захватывает топливо и через распылитель переносит в камеру сгорания, обеспечивая, благодаря критической скорости истечения воздуха, молекулярный уровень распыления топлива.

Сферическая форма камеры сгорания обеспечивает на частичных нагрузках глубокое расслоение заряда (до состава смеси от 25: 1 до 29: 1).

В двигателях фирмы Mazda (1, 5 л) для обеднения топливовоздушной смеси используются такие технические решения, как применение четырехклапанного газораспределительного механизма с системой формирования сложного управляемого вихря внутри камеры сгорания; системы распределенного высокодисперсного впрыска топлива; системы зажигания высокой энергии; микропроцессорного управления. В результате двигатель может работать на очень бедных смесях с воздухо-топливным соотношением 25: 1.

Важно

Изменение конструкции впускного трубопровода с подогревом воздуха на входе в карбюратор.

Мощностные, экономические и экологические показатели ДВС зависят в определенной мере от конструкции впускного трубопровода, режима подогрева воздуха на входе в карбюратор и движущейся по этому трубопроводу топливовоздушной смеси, поскольку отклонения температуры и давления воздуха от средних значений, для которых подобрана регулировка карбюратора, приводят к увеличению расхода топлива и повышению выброса токсичных веществ с О Г. В связи с этим рекомендуется оснащать ДВС устройствами для регулируемого подогрева воздуха и топливовоздушной смеси. При этом на режимах частичных нагрузок ДВС следует поддерживать постоянную температуру воздуха 35—40 °С, а на полных нагрузках предусматривать подачу только холодного воздуха или частичную добавку подогретого воздуха. Интенсивный подогрев топливовоздушной смеси во впускных трубопроводах можно осуществить с помощью ОГ или использовать электрический подогреватель мощностью порядка 180 Вт. В последнем случае достигается достаточное уменьшение времени прогрева ДВС, а расход топлива при его пуске уменьшается на 30 %.

Наряду с рассмотренным к мероприятиям, направленным на повышение экологичности конструкции ДВС, относятся: система вентиляции картера, система рециркуляции ОГ, подача дополнительного воздуха в выпускной трубопровод для дожигания токсичных продуктов неполного сгорания топлива, улавливание топливных испарений из системы питания.

Перспективными техническими направлениями при разработке ДВС в части повышения их экологических качеств считаются: обеспечение вихревого движения заряда топливовоздушной смеси, ультразвуковое распыление топлива и ионизация, интенсификация искрового разряда, применение электронной системы управления ДВС и наддув.

Вихревое движение заряда обеспечивается винтовым движением потока впускаемой рабочей смеси, которое из-за специально подобранной формы камеры сгорания сохраняется до момента подачи искры, обеспечивая активную газодинамическую подготовку заряда бедной топливовоздушной смеси к воспламенению и горению. Повышение стабильности сгорания при этом на 10—15 % позволяет снизить расход топлива и токсичность ОГ.

При ионизации топлива, воздуха или горючей смеси появляются возбужденные атомы, оказывающие влияние на процесс сгорания. Ионизатор размещают между карбюратором и бензиновым насосом.

Протекающее через ионизатор топливо соприкасается с электродом в стенке, подводимый к нему заряд улавливается частицами топлива, которые затем проходят через сильное магнитное поле, создаваемое находящимися внутри ионизатора постоянными магнитами.

Под влиянием магнитного поля увеличивается электростатический заряд и изменяется структура частиц топлива. Вследствие этого сгорание топлива происходит наиболее полно, нагара образуется меньше.

Совет

Интенсификация искрового разряда связана с применением электронных систем зажигания для ДВС, обладающих возможностью повышения энергии искрового разряда.

Читайте также:  В москве появятся дешевые стоянки для автомобилей

При этом показатели топливной экономичности и токсичности ОГ здесь примерно такие, как у двигателей с форкамерно-факельным зажиганием, и в реальных эксплуатационных условиях использование повышенной энергии искрового разряда позволяет уменьшить расход топлива на 2—5 % и снизить выброс углеводородов с ОГ.

Источник: http://privetstudent.com/referaty/referaty-po-ekologii/1378-povyshenie-ekonomichnosti-dvs.html

Эксперты «За рулем»

Дураки предсказывают погоду на завтра, мудрецы — на следующий век…

Это я к тому, что Алексей Воробьев-Обухов обнаружил забавный материал, порожденный компанией «Шелл». Трудно сказать, зачем проводилось такое «исследование» и кто на этом заработал. Ладно — слово Алексею:

«За свежее исследование «Шелл» о будущем автомобиля с горизонтом аж до 2040 года, надо думать, были уплачены совсем не смешные деньги.

Более всего меня заинтересовал основной вывод: в 2040 году в парке автомобилей 95% по-прежнему будут составлять машины с ДВС и лишь в оставшихся 5% можно поискать всякие там электромобили! При этом выбросы СО2 (считай — расход топлива) снизятся на 50%, т.е., вдвое.

Меня сначала удивил прогноз о снижении аппетитов ДВС вдвое, но потом я подумал, что ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ запретов на повышение КПД нет. По крайней мере вдвое с нынешних величин. Может, и найдут способ. Ну а там — или шах умрет, или ишак сдохнет.

А пока что вспомним нашу жизнь 25 лет назад. Хотя компьютеры уже начали робко появляться, но вот, например идея о том, что телевизор может вдруг стать совсем плоским, казалась бредовой — просто принцип работы кинескопа не позволял сделать его таким.

А о всяких там жидких кристаллах, плазменных ячейках и наносветодиодах никто и не слыхивал. Поэтому уныние в плане появления емких, легких и дешевых аккумуляторов может основываться лишь на ретроспективном взгляде.

За 25 лет вполне может произойти некий внезапный скачок: откроет очередной нобелевский лауреат какой-нибудь невообразимый сегодня графен — и всё изменится.

А, может быть, и нет. Не думаю, что аналитики «Шелл» это могут знать. Но вот о чем они, вероятно, догадываются, так это о том, что фундаментальные законы физики всё еще останутся в силе.

Обратите внимание

Предположим, что у нас появился чудо-аккумулятор или чудо-конденсатор, способный хранить любое нужное количество энергии и моментально пополнять ее запасы. Всё, проблема электромобиля решена? Берем, однако, калькулятор.

Как уже известно, для пробега достойных 400 — 500 км между розетками легковому электромобилю необходимы около 30 кВт*ч энергии. Эта величина вряд ли сильно изменится, если только не пересесть на электромопед.

Но что означает циферка? А означает она, что для зарядки батареи этим количеством за один ЧАС потребуется розетка с подведенной мощностью 30 кВт.

ОК, понастроили таких колонок, а я хочу зарядиться не за час, а за 2 минуты. Но тогда потребуется уже 900 кВт! И это не зависит от аккумулятора/конденсатора, а только от закона сохранения энергии.

Из соображений безопасности в электромобиле запрещено использовать напряжение выше 400 В, делим 900 000 на 400 и получаем 2250. Ампер, разумеется. Это значит, что понадобится провод сечением раз в 5 больше, чем тот, что идет сегодня к стартеру.

А еще стоит представить себе «ЭЗС» с привычными 5 — 10 колонками (чтобы не было очередей). К такой придется подводить до 9 МЕГАватт мощности.

Не потому ли на самом деле столь пессимистичен отчет «Шелла»? Нет, не верят они в чудо, хоть тресни! А хочется…»

Что до меня, то меня все эти выкладки почему-то не пугают. Хотя придраться к ним никак не могу. Наверное, главным образом меня успокаивает то, что в будущее личных авто я не верю.

Важно

А общественные можно подзаряжать не две минуты, а постоянно — такой транспорт уже не первый год используется в ряде стран. На остановках, с помощью троллей — сути это не меняет.

  Возможно, вообще будут менять «батарейки» — разряженные на заряженные, почему нет?

Кто доживет до 2040 года, сможет оценить глубину прогноза…

Источник: http://experts.people.zr.ru/2014/10/01/avtomobil-2040-goda/

Как эволюционировали автомобили и технологии за последние 20 лет — Автоцентр.ua

Двадцать лет назад в кругу украинских автовладельцев шли споры относительно пользы антиблокировочной системы тормозов, которая устанавливалась на дорогие иномарки.

Но спецтесты и популярность за рубежом помогли убедить отечественных автолюбителей в пользе этого новшества.

Вопросов к противобуксовочной системе, трекшн-контролю и системе стабилизации курсовой устойчивости (ESP – electronic stability programme и аналоги) было меньше.

Изначально многие просто не понимали, как они работают и в чем их польза.

И только спустя годы потенциальные покупатели начали чаще отдавать предпочтение ESP, которая, например, сделала заднеприводные автомобили в зимнее время на порядок безо­паснее.

По данным западных исследовательских институтов, за период своего существования данная система позволила предотвратить 190 тыс. аварий и спасти 6 тыс. человеческих жизней.

История ESP начинается с 1987 года. Впервые эту систему, разработанную компанией Bosch, установили на Mercedes-Benz S600 в 1995 году. Спустя несколько лет ESP стала обязательной в Mercedes-Benz A-klasse. Случилось это послее опрокидывания машины в ходе «лосинного теста», проведенного в 1997 г. шведским журналистом Робертом Коллином (журнал Teknikens Varld).

За эти два десятилетия со­здано множество модификаций систем стабилизации курсовой устойчивости, аббревиатура которой у ряда автопроизводителей звучит несколько иначе.

Совет

В целом принцип работы системы такой: с помощью датчиков поворота вокруг вертикальной оси автомобиля, поворота руля, скорости вращения колес, интеллектуальная электроника распознает начало бокового скольжения (сноса или заноса) и для стабилизации  регулирует обороты двигателя и притормаживает одно или несколько колес, чем создает момент противовращения вокруг вертикальной оси машины, т.е.

препятствует сносу или заносу. С сентября 2011 г. системой ESP оснащены все новые модели авто в США и Канаде, а с 2014 г. – в Евросоюзе. ESP стала первой системой, которая начала вмешиваться в процесс управления автомобилем.

Основная задача ESP – сохранить устойчивость и управляемость автомобиля при резких маневрах на любой дороге.

Бурное развитие технологий и возможностей электроники позволило вооружить автомобили самыми разными системами: ночного видения; обнаружения пешеходов и транспортных средств; чтения дорожных знаков; контроля за полосой движения и подруливания при выезде со своей полосы движения; аварийного автономного торможения при внезапном появлении на дороге препятствий. Более того, сбылась мечта блондинок – автомобиль научили самостоятельно парковаться.

Системы с датчиками по периметру авто и цифровыми камерами распознают ситуацию на дороге, предупреждая об опасности.

Современные системы активной безо­пасности «научили» распознавать препятствия и самостоятельно останавливать авто.

ДВС

За эти двадцать лет двигатели внутреннего сгорания, пожалуй, совершили такой прорыв, которого не удалось осуществить за предыдущие 50 лет.

Развитие электроники, технологий металлообработки и введение экологических норм выбросов токсичных веществ и СО2 в атмосферу (от Евро-0 в 1988 г. до Евро-6 в 2015 г.), безусловно, способствовало технологическому усовершенствованию ДВС.

Главным достижением стали бензиновые ДВС, в которых топливо через форсунки впрыскивалось непосредственно в камеру сгорания.

Обратите внимание

Первый такой мотор в серийном исполнении в 1997 году презентовала компания Mitsubishi – GDI (Gasoline Direct Injection), затем Toyota D-4 и Nissan DI (Direct Input). Но они так и не стали массовыми.

Прорыв в этом направлении осуществили  инженеры концерна Volkswagen, спроектировав сначала атмосферный мотор данного типа (FSI), а затем – и наддувные агрегаты (TSI, TFSI) с непосредственным впрыском с большим разнообразием вариантов рабочих объемов – 1.2, 1.4, 1.8, 2.0 л.

Причем последние оснащались турбокомпрессорами, а у некоторых моторов был еще и механический нагнетатель, эффективно работающий на малых оборотах.

Главное достоинство агрегатов данного типа в том, что при малых нагрузках они работают в экономичном режиме послойного смесеобразования на сверхобедненных смесях (соотношение топливо/воздух доходит до 1:40, когда у классических ДВС – 1-14,5).

Топливо в данных моторах за два такта (впуск-сжатие) подается несколько раз. Последняя порция впрыскивается при приближении поршня к верхней мертвой точке.

В результате вокруг свечи зажигания формируется облако обогащенной смеси, которая хорошо горит,  поджигая обедненную топливо-воздушную смесь в остальной части камеры сгорания.

Источник: https://www.autocentre.ua/opyt/tehnologii/kak-evolyutsionirovali-avtomobili-i-tehnologii-za-poslednie-20-let-351881.html

Фотонный двигатель: в РФ грядет грандиозный технологический прорыв в космос

Российские конструкторы предложили использовать уникальные технологии для создания ракет нового поколения….

Читать полностью…

Как сообщило 3 апреля 2019 года информационное агентство «Интерфакс», новый легкий военно-транспортный самолет Ил-112В необходимо дорабатывать около года до соответствия техническому заданию Министерства обороны Российской Федерации. Об этом сообщил «Интерфаксу» информированный источник….

Владимир Путин приехал поздравить Mercedes-Benz с открытием немецкого завода в Подмосковье на отечественном лимузине Aurus. Впрочем, по традиции президент оставил свой автограф на первой российской иномарке, сошедшей с конвейера. Почему Mercedes-Benz решился инвестировать в российскую экономику не…

Между Россией и Европой едва не разразилась «стальная война». ЕС ввёл постоянные квоты на импорт стали, а Россия в ответ предупредила о возможном ограничении импорта стальной продукции. По нам ударили, а мы погрозили пальчиком. То есть капитулировали….

Важно

За последнее время ряд этих стран начали процесс возврата золота из США — и неожиданно столкнулись с массой трудностей. Например, Турция, на фоне ухудшения отношений с США, занялась возвратом своего золотого запаса из США, но в итоге потратила на это около двух лет….

Украинские деятели на протяжении пяти лет трепетно вынашивают идею о том, что Россия должна заплатить за присоединение Крыма и постройку Крымского моста. Киев не раз заявлял о неких контрибуциях за использование региона. Скорее всего, подобные заявления будут звучать и впредь. Но у России тоже есть…

Тридцать первого марта Еврокомиссия завершила сбор экспертных мнений и позиций стран ЕС относительно перевода расчетов за энергоносители из долларов в евро….

В эту эпоху ростовщики ведут себя как адова поросль, обнаглевшая настолько, что даже не скрывает свою суть. Если некогда они говорили что служат капиталу, теперь они служат интересам узких кланов, а капитал открыто презирают, приравняв реальные сбережения к печатному станку….

Thermal Energy Device (тепловая батарея) – разработка австралийских инженеров, которая может стать новым стандартом в индустрии аккумуляторов. Первое в мире работающее устройство накануне представил стартап Climate Change Technologies….

27 февраля Конгресс США обнародовал детали закона о санкциях против России, известного как DASKAA (Defending American Security from Kremlin Aggression Act – закон о защите безопасности Америки от агрессии Кремля). Некоторые из санкций DASKAA против России оцениваются как крайне жёсткие, документ в…

На прошедшей неделе правительство приняло решение о господдержке создания турбин большой мощности — для компаний, занимающихся этим, выделят субсидии объемом семь миллиардов рублей (на 2019-2021 годы)….

В Сети появилось полное видео первого полета новейшего легкого военного транспортника Ил-112В; ролик снимался экшн-камерами на киле и в кабине самолета, а также с сопровождающего борта – летающей лаборатории Ил-114ЛЛ….

Совет

Власти американского штата Нью-Йорк предложили российской компании ADA Aerospace около 200 миллионов долларов инвестиций, недвижимость и льготы для сотрудников для производства в США ее беспилотников, уже подписаны первые соглашения, сообщили во вторник РИА Новости в компании….

Продолжение «Турецкого потока» в Болгарии построит консорциум Arkad из Саудовской Аравии. «Булгартрансгаз» объявил результаты конкурса «Расширение газотранспортной инфраструктуры „Булгартрансгаза“ до болгаро-сербской границы»….

Генеральный директор омского предприятия «Хлебодар» Аркадий Гольдштейн выступил с инициативой резко поднять минимальную цену на хлеб. По его словам, она должна составлять 80 рублей….

Источник: https://finobzor.ru/30131-fotonnyy-dvigatel-v-rf-gryadet-grandioznyy-tehnologicheskiy-proryv-v-kosmos.html

Перспективы развития двигателей внутреннего сгорания

Эра двигателей внутреннего сгорания (ДВС) еще далека от заката — такого мнения придерживается достаточно большое количество и специалистов, и простых автолюбителей. И для такого утверждения у них есть все основания.

По большому счету, существует только две серьезных претензии к ДВС — прожорливость и вредный выхлоп. Запасы нефти не безграничны, а автомобили являются одними из основных ее потребителей.

Выхлопные газы отравляют природу и людей и, накапливаясь в атмосфере, создают парниковый эффект. Парниковый эффект приводит к изменению климата и далее к другим экологическим бедам. Но не будем отвлекаться.

С обоими недостатками конструкторы и инженеры за последние десятилетия научились весьма эффективно бороться, доказав, что у ДВС есть еще неиспользованные резервы для развития и совершенствования.

Читайте также:  Дефлекторы на окна и капот автомобиля: инструкция по установке и снятию

Снижение расхода топлива

Существенное снижения расхода топлива было достигнуто благодаря внедрению в конструкцию ряда технических новшеств. Первым шагом стал переход от карбюраторных двигателей к впрысковым.

Современные системы впрыска обеспечивают подачу топлива в цилиндры под высоким давлением, в результате чего происходит его тонкое распыление и хорошее смешивание с воздухом. В ходе такта сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания точно дозированными порциями до 5-7 раз.

Использование наддува, увеличение числа клапанов, повышение степени сжатия также позволили более полно сжигать рабочую смесь. Оптимизация формы камеры сгорания, днища поршней, применение систем с регулируемыми фазами газораспределения способствовали улучшению процессов смесеобразования.

Обратите внимание

В результате двигатель может работать на более бедных смесях, экономя топливо и снижая выброс вредных веществ.

Широко применяется в современных автомобилях система старт-стоп, дающая заметную экономию топлива в городском режиме движения. Эта система автоматически выключает двигатель при остановке автомобиля. Запуск производится при нажатии на педаль сцепления (в автомобилях с механической коробкой передач) или при отпускании педали тормоза (в автомобилях с автоматической коробкой).

Система рекуперации энергии торможения, впервые появившаяся на гибридных автомобилях, постепенно перекочевала и на обычные. Кинетическая энергия замедляющегося автомобиля, которая раньше растрачивалась на нагрев деталей тормозной системы, сейчас преобразуется в электрическую и используется для подзарядки аккумулятора. Расход топлива снижается до 3%.

Важным обстоятельством является то, что улучшение технических характеристик двигателей происходит при неуклонном снижении их объема. Например, фольксвагеновский мотор 1,4 TSI, признанный лучшим двигателем 2010 года, при объеме 1390 куб.

см развивает мощность до 178 л.с. То есть, с каждого литра снимается 127 л.с.! Удельный расход топлива за прошедшие 20-30 лет был снижен почти в два раза.

А раз снижается потребление топлива, соответственно снижается и выброс вредных веществ, да и запасы нефти можно растянуть на больший срок.

Очистка выхлопных газов

Все вышеперечисленные меры снижают вредные выбросы, так сказать косвенно, за счет улучшения технических характеристик. Но есть ряд систем, назначение которых — непосредственно уменьшать количество вредных веществ в выхлопных газах.

Прежде всего это, конечно же, каталитический нейтрализатор и система рециркуляции выхлопных газов EGR. В нейтрализаторе вредные вещества, содержащиеся в выхлопных газах, вступают в химическую реакцию с веществами, нанесенными на его соты. В результате реакции вредные вещества разлагаются на безвредные составляющие.

Система EGR (Exhaust Gas Recirculation) имеет более «узкую» направленность.

Она предназначена для снижения содержания оксидов азота в выхлопных газах на режимах прогрева и резкого ускорения, когда двигатель работает на обогащенной смеси.

Важно

Принцип работы системы состоит в перенаправлении части выхлопных газов обратно в цилиндры. Это вызывает снижение температуры горения и, соответственно, концентрации оксидов азота.

При работе двигателя не все выхлопные газы попадают в выпускную систему. Часть их прорывается в картер. Для предотвращения попадания в атмосферу используется система вентиляции картера. Пары бензина так же, как и выхлопные газы, содержат вредные для человека вещества. Поэтому на автомобилях устанавливается система поглощения паров бензина.

Все вышеперечисленные системы универсальны, то есть используются как на бензиновых моторах, так и на дизельных. Однако выхлопные газы дизеля отличаются повышенной концентрацией оксидов азота и сажи. Поэтому в выпускной системе дизелей дополнительно устанавливается сажевый фильтр.

В некоторых конструкциях может использоваться система SCR (Selective catalytic reduction) или, в вольном русском переводе, впрыск мочевины. Принцип работы: водный раствор мочевины впрыскивается в выхлопную систему перед катализатором.

В результате химической реакции почти половина высокотоксичных оксидов азота превращается в обычный безвредный азот.

К слову говоря, успехи в совершенствовании дизельных моторов впечатляют. Не будем далеко ходить за примерами. Взгляните на таблицу: в ней представлены победители двух самых престижных мировых наград World Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года в мире) и Green Car of the Year (Зеленый автомобиль года).

Год
World Green Car of the Year
Green Car of the Year
2006 Honda Civic Hybrid (гибрид) Mercury Mariner Hybrid (гибрид)
2007 Mercedes-Benz E320 Bluetec (дизель) Toyota Camry Hybrid (гибрид)
2008 BMW 118d with Efficient Dynamics (дизель) Chevrolet Tahoe Hybrid (гибрид)
2009 Honda FCX (топливные элементы) Volkswagen Jetta TDI Clean Diese (дизель)
2010 Volkswagen Polo BlueMotion (дизель) Audi A3 TDI Clean Diesel (дизель)
2011 Chevrolet Volt (гибрид) Chevrolet Volt (гибрид)
2012 Mercedes S250 CDI BlueEfficiency (дизель) Honda Civic Natural Gas (газ)
2013 Tesla Model S (электромобиль) Ford Fusion (бензин EcoBoost)
2014 BMW i3 (электромобиль) Honda Accord (бензин, гибрид)

Видите? В одном конкурсе четыре раза побеждали дизели, в другом – дважды.

Перспективы ДВС

Суммируя сказанное можно утверждать, что в ближайшие десятилетия мы будем сосуществовать с двигателями внутреннего сгорания. Для этого есть весомые технические и экономические причины. Отлаженность технологии производства ДВС обеспечивает их сравнительно низкую стоимость. Совершенствование рабочего процесса позволило получить высокие характеристики и снизить вредные выбросы.

Рост продаж «зеленых» автомобилей во многом стимулирован правительственной поддержкой. Как только государство свертывает программу скидок на экологичные автомобили, спрос на них стремительно падает.

Многочисленные попытки создать достойную альтернативу ДВС пока не увенчались успехом. Если же даже принципиально новый двигатель вскоре появится, то для его внедрения в серийное производство понадобятся громадные капиталовложения и длительный промежуток времени.

Что выбрать: бензин или дизель?

Этот вопрос вызывает нескончаемые споры в среде автомобилистов. В помощь им специалисты Bosch разработали наглядную схему, демонстрирующую преимущества обеих типов ДВС и условия, при которых тот или иной из них предпочтительнее.

Дизельный автомобиль потребляет до 25% меньше топлива и меньше загрязняет окружающую среду, зато бензиновый имеет меньшую стоимость, его страхование и эксплуатация обходятся дешевле. Однако если годовой пробег превышает 15000 километров, покупать дизель выгоднее.

Выбор подходящего типа двигателя зависит также от класса автомобиля.

Современные бензиновые силовые агрегаты весьма эффективны в компактных автомобилях, а нынешние дизеля позволяют достигать низкого расхода топлива и дают удовольствие от вождения в больших универсалах.

Совет

Бензиновые моторы обеспечивают завидную приемистость и динамику «горячим» спортивным автомобилям, а высокий крутящий момент дизелей как нельзя кстати подходит большим внедорожникам.

Источник: http://avtonov.info/perspektivy-dvs

Электронный научный журнал Современные проблемы науки и образования ISSN 2070-7428 «Перечень» ВАК ИФ РИНЦ = 0,737

1
Тер-Мкртичьян Г.Г. 1
1 Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ)»
В статье дан анализ повышения топливной экономичности двигателя за счет продолженного расширения рабочего тела.

На примере двигателя ВАЗ с рабочим объемом 1,4 л рассмотрена возможность реализации продолженного расширения в эспандерных цилиндрах двигателя при увеличении среднего эффективного давления в рабочих цилиндрах.

Показано, что продолженное расширение рабочего тела может быть организовано и в любом четырехтактном четырехцилиндровом двигателе с порядком работы 1-3-4-2 при минимальных конструктивных изменениях деталей и узлов базового двигателя.

Модификации стандартного двигателя с продолженным расширением могут быть особо востребованы для транспортных средств со специфическими условиями эксплуатации, например для автомобилей с преобладающей долей городских режимов. Особенности модификации «двигатель-эспандер» делают ее эффективной для использования в составе комбинированных энергоустановок.

среднее эффективное давление
1. Тер-Мкртичьян Г.Г. Научные основы создания двигателей с управляемой степенью сжатия: дис. … докт.техн. наук. — М., 2004. – 323 с.
2. Тер-Мкртичьян Г.Г. Управление движением поршней в двигателях внутреннего сгорания. – М. : Металлургиздат, 2011. – 304 с.
3. Тер-Мкртичьян Г.Г.

Двигатели ВАЗ – технический уровень и перспективы развития за счет регулирования степени сжатия // Автомобильная промышленность. –2008. — № 10. – С. 17-19.
4. Тер-Мкртичьян Г.Г., Кутенев В.Ф., Никитин А.А. Двигатель внутреннего сгорания :патент на изобретение RUS 2030608, 1995 г.
5. Тер-Мкртичьян Г.Г., Никитин А.А., Глатерман А.В.

Двигатель внутреннего сгорания с регулируемой степенью сжатия :патент на полезную модель RUS 81999, 2009 г.

Одним из наиболее современных отечественных двигателей является двигатели ВАЗ. Эти в целом не плохие двигатели по удельной мощности уступают зарубежным конкурентам.

При одинаковой мощности они имеют увеличенный рабочий объем и, следовательно, ухудшенную топливную экономичность и повышенные выбросы СО2.

Обратите внимание

В качестве возможного направления решения данной проблемы может быть рассмотрено форсирование двигателя с помощью наддува при сокращении числа работающих цилиндров.

При этом среднее эффективное давление и, следовательно, механический КПД на характерных режимах эксплуатации автомобиля могут быть существенно повышены с сохранением исходной номинальной мощности двигателя[1].

В выключенных цилиндрах прекращается осуществление традиционного рабочего процесса ДВС, и они переводятся в режим продолженного расширения (эспандерный режим).

Дополнительное расширение продуктов сгорания в цилиндрах способствует повышению эффективности утилизации энергии выпускных газов ДВС.

Реализация продолженного расширения

Рассмотрим реализацию рабочего цикла с разделенными тактами и продолженным расширением на примере двигателя ВАЗ 11194, хотя этот цикл может быть применен в любом четырехтактном четырехцилиндровом двигателе с порядком работы 1-3-4-2.

При этом поставим задачу свести к минимуму конструктивные изменения деталей и узлов базового двигателя. Два внешних (рабочих) цилиндра четырехцилиндрового двигателя работают по обычному четырехтактному циклу. В двух внутренних (эспандерных) цилиндрах происходит продолженное расширение газов, которое может быть названо пятым тактом.

Таким образом, в эспандерных цилиндрах осуществляются толь­ко такты расширения и выпуска отработавших газов.

Рабочий цикл двигателя состоит из четырех фаз (рис.1).

Фаза A. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ.

Важно

В первом рабочем цилиндре осуществляется впуск свежего заряда, а во втором рабочем цилиндре – сгорание (предварительное расширение). В эспандерных цилиндрах осуществляется выпуск газов.

Фаза B. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ.

В первом рабочем цилиндре осуществляется сжатие свежего заряда, а во втором рабочем цилиндре – вытеснение выпускных газов в эспандерные цилиндры. В эспандерных цилиндрах осуществляется процесс продолженного расширения выпускных газов из второго рабочего цилиндра.

Фаза C. Поршни в рабочих цилиндрах движутся от ВМТ к НМТ. Поршни в эспандерных цилиндрах движутся от НМТ к ВМТ.

В первом рабочем цилиндре осуществляется сгорание (предварительное расширение), а во втором рабочем цилиндре – впуск свежего заряда. В эспандерных цилиндрах осуществляется выпуск газов.

Фаза D аналогична Фазе В, в которой первый и второй цилиндры ВД меняются местами.

Таким образом, рабочий цикл двигателя с продолженным расширением осуществляется за два оборота коленчатого вала и состоит из двух групп процессов. Первая группа включает процессы впуска и предварительного расширения в первом или втором рабочих цилиндрах и выпуск газов из эспандерных цилиндров.

Вторая группа включает процессы сжатия и вытеснения выпускных газов в первом или втором рабочих цилиндрах и дополнительное расширение выпускных газов в эспандерных цилиндрах.

Расчетные исследования

Для оценки влияния на топливную экономичность уменьшения рабочего объема двигателя и продолженного расширения были проведены расчетные исследования его рабочего процесса.

Рассмотрены следующие варианты двигателя:

  • стандартный вариант, при котором 4 цилиндра работают без наддува;
  • одна пара цилиндров работает с наддувом, а в другой паре цилиндров удаляются клапаны с целью ликвидации насосных потерь;
  • двигатель-эспандер (ДЭ), в котором одна пара цилиндров является рабочей, а в другой паре цилиндров – эспандерной- осуществляется продолженное расширение.

Во всех вариантах обеспечивается приблизительно одинаковая мощность двигателя. В качестве ограничивающих факторов при форсировании 2 цилиндров с помощью наддува были приняты: отсутствие детонации, максимальное давление сгорания не выше 5,5 МПа и максимальная температура газов на входе в турбину турбокомпрессора 10500 °С. Работоспособность двигателя ВАЗ 11194 с таким уровнем параметров была подтверждена в цикле испытаний в ГНЦ «НАМИ» [2]. В двух работающих цилиндрах, использующих наддув, степень сжатия стандартного двигателя 10,8 была уменьшена до 9,0. При этом был сохранен приемлемый уровень нагрузок на детали двигателя [3].

На рисунке 2 даны нагрузочные характеристики вариантов двигателя ВАЗ при частоте вращения коленчатого вала n=4000 мин-1.

Из сравнения вариантов на графике ge=f(pe) следует, что при одинаковой величине среднего эффективного давления стандартный вариант имеет меньший уровень удельного эффективного расхода топлива по сравнению с другими вариантами. Указанное объясняется пониженной степенью сжатия двигателя в вариантах с двумя рабочими цилиндрами, что вызывает уменьшение индикаторного КПД, а также увеличенными механическими потерями за счет двух выключенных цилиндров.

Совет

Картина меняется при сравнении вариантов на графике ge=f(Ne) при одинаковой мощности. Варианты с двумя рабочими цилиндрами по величине удельного эффективного расхода топлива выигрывают у стандартного варианта 4-цилиндрового двигателя без наддува, причем этот выигрыш существенно увеличивается при снижении мощности. На характерном режиме городского движения автомобиля Лада Калина (Ne=15 кВт; n=4000мин-1) вариант ДЭ с продолженным расширением по топливной экономичности более чем на 20% превосходит стандартный вариант двигателя.

Читайте также:  Как определить износ шин, какой допустим, виды и причины износа автомобильных шин

Схема воздействия различных факторов на повышение топливной экономичности варианта «двигатель-эспандер» иллюстрируется рисунком 3.

Форсирование двух рабочих цилиндров с помощью наддува позволяет обеспечить необходимую мощность двигателя на режимах частичных нагрузок при более высоком уровне среднего эффективного давления по сравнению со стандартным вариантом 4-цилиндрового двигателя без наддува. При этом ощутимо увеличивается механический КПД. Необходимость снижения степени сжатия для предотвращения детонации и уменьшения нагрузок на детали двигателя приводит к некоторому снижению индикаторного КПД, которое компенсируется за счет продолженного расширения газов в эспандерных цилиндрах.

Параметры вариантов двигателя ВАЗ 11194 даны в таблице 1.

Таблица 1 — Параметры вариантов двигателя ВАЗ 11194

Вариант Стандартный ДЭ
Количество цилиндров 4
Диаметр цилиндра, мм 76,5
Ход поршня, мм 75,6
Рабочий объем цилиндров, л 1,39 0,7 (условно)
Степень сжатия 10,8 9,0
Номинальная мощность, кВт, при n=6000 мин-1 65
Максимальный крутящий момент, Нм, при n=4000 мин-1 130
ge на характерном режиме городского движения автомобиля Лада Калина ( Ne=15 кВт; n=4000мин-1) , г/кВт·ч 375 290 (↓ 23%)

Дальнейшим развитием двигателей с разделенными тактами могут стать конструкции с различными переключаемыми комбинациями работы, при которых цилиндры попеременно выполняют функции рабочих, эспандерных или компрессорных цилиндров [4;5].

Заключение

Проведенные исследования свидетельствуют о значительных резервах существенного повышения топливной экономичности двигателей ВАЗ, как, впрочем, и других 4-цилиндровых двигателей, при разделении тактов цикла и с продолженным расширением рабочего тела. Применение в двигателе новой схемы осуществления рабочих процессов не требует значительных изменений конструкции стандартного двигателя. Однако элементы стандартного двигателя должны обеспечивать его работоспособность при современном уровне тепловых и механических нагрузок.

Модификации стандартного двигателя с продолженным расширением могут быть особо востребованы для транспортных средств со специфическими условиями эксплуатации, например для автомобилей с преобладающей долей городских режимов. Несомненно, что специфические особенности модификации «двигатель-эспандер» делают ее весьма привлекательной для использования в составе комбинированных энергоустановок.

Рецензенты:

Каменев В.Ф., д.т.н., профессор, ведущий эксперт, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.

Сайкин А.М., д.т.н., начальник управления, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.

Библиографическая ссылка

Тер-Мкртичьян Г.Г. ПОВЫШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВАЗ ЗА СЧЕТ ПРОДОЛЖЕННОГО РАСШИРЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14605 (дата обращения: 05.04.2019).

Источник: https://science-education.ru/ru/article/view?id=14605

Улучшение экологических показателей автомобильных двигателей (стр. 1 из 2)

Сергей Никишин

Повсеместная «автомобилизация» населения (а в мире сейчас насчитывается более 700 млн. автомобилей, и их парк продолжает расти) — сопровождается очень неоднозначными явлениями, принося человечеству как плюсы, так и минусы.

К числу первых относится возросшая скорость, комфорт и свобода передвижений. Ко вторым — обострение экологических и социально-психологических проблем (загрязнение окружающей среды, пробки на дорогах, возможность аварий и т.п.).

Тем не менее, большинство людей все же не готово, да и просто не может отказаться от автотранспорта.

Вот почему целая армия инженеров, конструкторов, изобретателей трудится над тем, чтобы сделать автомобиль, что называется, менее агрессивным по отношению к окружающей среде, и более «экономным», ведь исчерпание запасов нефти уже не за горами.

Загрязнение атмосферного воздуха в результате работы автомобиля обусловлено тремя основными источниками: системой выпуска отработанных газов, системой смазки и вентиляции картера, системой питания. На долю выхлопных газов приходится наибольшая часть (70-80 %) вредных веществ, выделяемых автомобильным двигателем.

Камера сгорания двигателя — это своеобразный химический реактор, синтезирующий вредные вещества, которые затем поступают в атмосферу. Даже нейтральный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания двигателя, превращается в ядовитые оксиды азота.

В отработанных газах содержится более 200 различных химических соединений, из них около 150 — производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному или неравномерному сгоранию топлива в двигателе.

Для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), чтобы получать необходимую механическую энергию для движения автомобиля, необходимо иметь высокое давление в цилиндрах. Естественно, чем выше температура сгорания топлива, тем выше давление.

Обратите внимание

Но окислы азота образуются тем охотней, чем выше температура и больше кислорода (то есть воздуха), поступающего в камеру сгорания. С точки зрения экологии в ДВС ситуация тупиковая. Много топлива и мало воздуха — низкая мощность, экономичность и много СО. Мало топлива и много воздуха — много окислов азота.

Успешный до недавней поры компромисс достигался электронным регулированием соотношения топливо-воздух и применением так называемого трехходового каталитического нейтрализатора. Такой нейтрализатор способен одновременно окислять СО и углеводороды, восстанавливать окислы азота.

Эффективность такой очистки выхлопных газов достигает 95 %, но вся эта сложная схема не позволяет полностью избавиться от эмиссии СО и окислов азота.

Перерабатывая токсичные вещества в выхлопе, конструкторы параллельно улучшали рабочий процесс. Для борьбы с окислами азота снижали температуру горения рециркуляцией выхлопных газов (часть возвращают во впускной коллектор), но пришлось снизить ее так, что двигатель стал с трудом прогреваться.

Конечно, оптимальный состав горючей смеси на всех режимах работы ДВС поддерживать достаточно сложно, особенно при классическом принципе его организации.

Результат оптимального процесса организации смесеобразования (топливоподачи) выглядит следующим образом: состав топливовоздушной смеси в районе зоны возгорания должен быть близок к стехиометрическому и не изменяться с изменением режима работы ДВС.

В остальном объеме цилиндра должна находиться гомогенная горючая смесь, качественный состав которой зависит от режима работы ДВС и может изменяться в довольно широких пределах (режим холостого хода и минимальных нагрузок).

Распределение остаточных газов желательно в пристеночной зоне и в щелевых зазорах камеры сгорания, при попадании в которую горючая смесь не сгорает при любой своей концентрации.

Важно

Получение подобного результата работы системы топливоподачи невозможно ни при карбюраторном питании (внешнее смесеобразование), ни при инжекторном питании, включая непосредственный впрыск (внутреннее смесеобразование). Вся сложность заключается именно в несовершенстве обеих классических процессов топливоподачи, которая усугубляется различными режимами работы ДВС.

Но трудности преодолимы, если использовать другой способ работы двигателя.

Если в двигателях с обычным способом работы объем воздуха или топливно-воздушной смеси, участвующего в процессе горения, регулируется количеством топлива, поступающего в камеру сгорания (для дизельных или бензиновых, с непосредственным впрыском) или регулируется снижением давления на впуске за счет изменения положения дроссельной заслонки (для бензиновых с внешним смесеобразованием, например карбюраторных), то в предлагаемом способе работы объем топливно-воздушной смеси и (или) воздуха в камере сгорания регулируется за счет изменения количества отработанных газов, оставшихся в камере сгорания. Получился рабочий процесс, когда бензин и чистый воздух находятся в соотношении 1:14,7, то есть оптимальным для сгорания (стехиометрическим) во всех режимах работы ДВС. В то же время смесь «бедная», если учесть, что до 90 % объема (для режима холостого хода) могут занимать инертные отработавшие газы, попадающие в цилиндр без всякой рециркуляции.

Изменять количество отработанных газов оставшихся в камере сгорания ДВС возможно различными способами:

— изменением давления в системе отвода отработанных газов;

— путем сдвига фаз открытия и закрытия выпускных клапанов, изменением времени и высоты их открытия.

Осуществить предлагаемый способ возможно с помощью различных хорошо известных в технической литературе устройств изменения давления (УИД): мощностного клапана, дроссельной заслонки, различных типов нагнетателей и резонаторов.

Для снижения тепловых потерь, вызванных охлаждением отработанных газов, во впускном тракте дополнительно установлен обратный клапан, не позволяющий отработанным газам попасть во впускной тракт.

Кроме того, это решение позволяет за счет уменьшения в зоне воспламенения в составе рабочей смеси или воздуха количества отработанных газов создать в районе зоны возгорания состав топливовоздушной смеси, близкий к стехиометрическому (в момент возгорания), а значит, улучшить условия воспламенения рабочей смеси.

В качестве такого обратного клапана может быть использован хорошо известный в технике обратный клапан лепестковый типа.

Рассмотрим работу предлагаемого ДВС на примере четырехтактного двигателя с одним УИД в системе отвода отработанных газов, обратным клапаном во впускном тракте и устройством подачи топливно-воздушной смеси, например карбюратором.

Совет

В режимах полной нагрузки ДВС работает так же, как и при обычном способе работы, когда дроссель полностью открыт.

В режимах холостого хода и частичных нагрузок ДВС работает следующим образом:

1. Такт впуска. В начале такта впуска за счет более высокого давления отработанные газы, оставшиеся в цилиндре от предыдущего цикла, действуют на обратный клапан, который препятствует выходу их из цилиндра.

В цилиндре ДВС при инерционном перемещении поршня создается разряжение, вследствие чего заряд топливно-воздушной смеси из карбюратора, через систему газораспределения, поступает в цилиндр.

2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра топливно-воздушной смесью с отработанными газами происходит сжатие этой смеси поршнем. По мере уменьшения объема, температура и давление смеси повышаются.

3. Такт расширения или рабочий ход. Рабочая смесь, воспламеняется системой зажигания, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает. При расширении газы совершают полезную работу, перемещая поршень.

4. Такт выпуска. Продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через систему газораспределения и систему отвода отработанных газов, при этом часть отработанных газов остается в цилиндре. Количество оставшихся в цилиндре отработанных газов прямо пропорционально надпоршневому объему и давлению в системе отвода отработанных газов.

Изменяя, с помощью УИД давление отработанных газов, можно изменять их количество, оставшееся в цилиндре ДВС, а значит и количество топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндр.

При этом в режимах частичных нагрузок и холостого хода количество отработанных газов, имеющих более высокую температуру, чем воздух, будет максимальным, что позволяет снизить тепловые потери на нагрев рабочей смеси, добавив к ней горячие отработанные газы.

Обратите внимание

Таким образом, предлагаемый способ работы ДВС позволяет снизить расход топлива и вредные вещества в отработанных газах, за счет использования в режимах частичных нагрузок и холостого хода рабочей смеси, близкой к стехиометрической.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показаны индикаторные диаграммы предлагаемого способа работы ДВС, работающего по циклу Отто (пунктирная линия), и обычного способа (сплошная линия) для режимов частичных нагрузок. Индикаторная диаграмма — это зависимость давления в цилиндре от его текущего объема во время всех четырех тактов рабочего процесса.

Приведенная на рисунке индикаторная диаграмма несколько упрощена, чтобы быть понятной не только специалистам, но и большинству читателей.

Рассмотрим обычный способ работы ДВС (сплошная линия). Розовым цветом обозначен процесс горения, когда происходит вспышка рабочей смеси и давление газов в цилиндре резко возрастают. Затем начинается рабочий ход (зеленая линия). Газы, расширяясь, толкают поршень вниз.

При этом увеличивается объем над поршнем и одновременно падает давление газов. Закончился рабочий ход и открылся выпускной клапан, выпуская на волю отработавшие газы (коричневая линия). У них, правда, осталось кое-какое остаточное давление, но использовать его не получится — это потери выпуска.

Далее поршень идет вверх, вытесняя отработавшие газы. В конце такта выпуска, закрылся выпускной клапан и открылся впускной, сообщая цилиндр с карбюратором. Начинается такт впуска (синяя линия), поршень перемещается вниз и всасывает топливовоздушную смесь.

Причем педаль газа сейчас не нажата до упора (переходной режим), дроссельная заслонка прикрыта и создает сопротивление на впуске, заставляя двигатель тратить энергию на так называемые насосные потери.

Закрылся впускной клапан и начинается такт сжатия (голубая линия), при котором увеличивается давление в надпоршневом объеме. По окончании такта сжатия начинается процесс горения (розовая линия), и так далее.

Источник: http://MirZnanii.com/a/326504/uluchshenie-ekologicheskikh-pokazateley-avtomobilnykh-dvigateley

Ссылка на основную публикацию