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 ОГ. 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.

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

Электронные системы управления ДВС регулируют угол опережения зажигания, энергию искры и момент включения электромагнитного клапана экономайзера принудительного холостого хода карбюратора, что имеет место, например, на автомобилях ВАЗ. Управление системой осуществляется по трем параметрам — частоте вращения коленчатого вала, давлению за дроссельной заслонкой и температуре ДВС, для чего в системе имеются соответствующие датчики.

Наддув бензиновых ДВС обеспечивает более рациональную их загрузку на частичных нагрузках, уменьшает газодинамические потери и повышает топливную экономичность вследствие устойчивой работы на переобедненных смесях. Вместе с тем применение наддува здесь вызывает необходимость решения ряда проблем, поскольку повышение давления и температуры газов при сгорании топлива сопровождается увеличением выбросов оксидов азота, а также появлением опасности возникновения детонации и калильного зажигания. При этом в случае установки карбюратора после турбокомпрессора требуется герметизация карбюратора, повышение давления подачи топливным насосом и введение дополнительных устройств для регулирования состава горючей смеси, учитывающих давление и температуру подаваемого воздуха. При установке же карбюратора перед турбокомпрессором следует предотвратить попадание масла в карбюратор из системы смазки подшипников турбокомпрессора и возникновение явлений его неустойчивой работы (помпажа) на режимах глубокого дросселирования, а также возможность обратных «хлопков» во впускной системе. Однако эти трудности разрешимы, о чем свидетельствует опыт европейских, американских и японских фирм, освоивших серийный выпуск автомобилей, оснащенных бензиновым ДВС с турбо наддувом.

Вклад различных мероприятий в снижение токсичности отработавших газов в ДВС с искровым зажиганием представлен в табл. 4.12.

Таблица 4.12. Мероприятия, обеспечивающие выполнение норм токсичности дизельными двигателями

Мероприятия

Евро-1

Евро-2

Евро-3

Евро-4

Топливная аппаратура с высоким давлением впрыскивания:

50—80 МПа

+

80—100 МПа

+

100—150 МПа

+

+

Электронная система управления топливо- подачей:

аккумуляторная топливная система

+

+

микропроцессорное управление ДВС

+

Турбонаддув:

с повышенным КПД турбокомпрессора

+

регулируемый наддув

+

+

+

охлаждение наддувочного воздуха с системой глубокого охлаждения

+

+

Повышение топливной экономичности ДВС связано с дизе- лизацией автотранспортных средств, поскольку дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20—30 %, а токсичность отработавших газов здесь меньше.

На топливную экономичность и токсичность ДВС влияет также конструкция трансмиссии машины (в частности, выбор ее типа и передаточных чисел), так как она непосредственно связана с ДВС. Так, при разгоне автомобиля ДВС несколько раз переходит от режима холостого хода к режиму полных нагрузок, что неблагоприятно сказывается на работе ДВС. Например, на режимах периодического разгона дизель без наддува выбрасывает СО на 68 %, углеводородов на 50 % и сажи на 100 % больше, чем на энергетически эквивалентном установившемся режиме работы. Если применить здесь автоматическую гидромеханическую передачу, то из-за отсутствия жесткой связи с трансмиссией ДВС будет работать при разгоне в одном диапазоне частоты вращения и нагрузок при минимальных удельных выбросах продуктов сгорания и расходе топлива. С развитием же электроники появились различные варианты многоступенчатых и бесступенчатых коробок передач с автоматическим управлением от бортового микропроцессора, позволяющих выбирать оптимальную передачу (гидродинамическая с блокируемым гидротрансформатором с полным автоматическим переключением и с возможностью перехода на ручное управление; гидродинамическая с неблокируемым гидротрансформатором и двумя диапазонами; полностью автоматическая с плавным изменением передаточных отношений; механическая десятиступенчатая с ручным управлением). Помимо этого, для легковых автомобилей малого и среднего классов перспективным решением считается механическая бесступенчатая коробка передач с металлическим клиновым ремнем и электронным управлением, поскольку при бесступенчатой передаче расходуется топлива на 4—5 % меньше, чем при традиционной пятиступенчатой механической коробке передач, и на 8 % меньше, чем у автомобиля с гидромеханической передачей.

Как указывалось ранее, выбросы вредных веществ и расход топлива снижаются с уменьшением собственной массы машины и сопротивления движению машины.

Снижение собственной массы автотранспортных средств.

Снижение массы закладывается в процессе проектирования и предусматривает новые компоновочные схемы машины, облегченные конструкционные материалы и современные технологические процессы их изготовления, что может дать экономию энергоресурсов до 8—10 %, поскольку на каждую дополнительную тонну снаряженной массы машины на 100 км пути расходуется 2,5 л бензина или 1,6 л дизельного топлива.

Уменьшение сопротивления движению.

При высокой скорости автомобиля значительная часть энергии ДВС затрачивается на преодоление сопротивления воздуха. Эти затраты прямо пропорциональны квадрату скорости движения автомобиля и определяются показателем обтекаемости, являющимся произведением коэффициента аэродинамического сопротивления воздуха на лобовую площадь машины. Аэродинамические свойства автомобиля можно улучшить (снизив тем самым сопротивление движению) за счет придания ему обтекаемой формы, установки специальных обтекателей на крыше кабины грузового автомобиля, а также рационального, с позиции аэродинамических требований, расположения и укрытия груза в кузове автомобиля.

Мощность ДВС машин затрачивается и на преодоление качения колес, что главным образом зависит от их конструкции. Шины производят с диагональным и радиальным расположением нитей корда. Радиальные шины по сравнению с диагональными за счет снижения радиальной жесткости имеют меньшие потери при деформации, меньшее сопротивление качению, что способствует повышению экономичности на 7—10 % и снижению выбросов токсичных веществ ДВС. Следовательно, при конструировании машин, эксплуатируемых на дорогах с твердым покрытием, они предпочтительны. В этом плане перспективны также бескамерные радиальные шины с использованием в их каркасе и брекере металлокорда, а также односкатные широкопрофильные шины вместо двухскатных.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >