Подача части отработавших газов на впуск для снижения токсичности и жесткости работы двс называется

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 20.09.2024

Многие детали конструкции двигателя оказывают заметное влияние на образование выбросов. Ясно, что финальный проект двигателя будущего станет компромиссом между противоречивыми интересами.

Конструкция камеры сгорания

Главный источник эмиссии углеводорода — несгоревшее топливо, которое находится в контакте со стенками камеры сгорания. По этой причине область стенок должна обладать как можно меньшей поверхностью и самой простой фирмой. Теоретический идеал — сфера, но сфера не совсем практична. Важно хорошее перемешивание порции и смеси в цилиндре, поскольку это способствует более качественному и быстрому горению. Возможно, еще важнее гарантированно хорошее перемешивание в области свечи зажигания. Это улучшает воспламенение. Лучше всего помещать свечу зажигания в центр камеры сгорания, поскольку это уменьшает вероятность взрывного сгорании за счет сокращения расстояния которое должен пройти фронт пламени.

Степень сжатия

Чем выше степень сжатия, тем, вообще говоря, выше тепловая эффективность двигателя, и, следовательно, лучше качество его работы и меньше расход топлива. Существует два главных препятствия на пути к более высоким степеням сжатия — увеличение эмиссии и тенденция к детонации. Проблема с эмиссией возникает из-за высокой температуры, которая, в свою очередь, вызывает большее образование окислов NOx. Увеличение температуры делает топливо-воздушную смесь более склонной к самовозгоранию и, следовательно, создает высокий риск взрывного сгорания. Страны, в которых в течение некоторого времени действовали строгие инструкции регулирования эмиссии, например США и Япония, стремились развивать двигатели с более низкими степенями сжатия. Однако благодаря изменениям в конструкции камеры сгорания и более широкому распространению цилиндров с четырьмя клапанами вкупе с развитием систем электронного управления и другими методами снижения уровня эмиссии, степень сжатия за прошедшие годы возросла.

Выбор момента и длительности открытия клапана

Влияние момента срабатывания клапана на состав выхлопа может быть весьма значительным. Один из главных факторов — продолжительность перекрытия клапанов. Это время, в течение которого впускной клапан уже открыт, но выпускной клапан еще не закрыт. Продолжительность этой фазы определяет количество выхлопного газа, остающегося в цилиндре, когда выпускной клапан наконец закрывается. Этот газ оказывает существенное влияние на температуру реакции (больше выхлопного газа — ниже температура), и, следовательно, на эмиссию NOx. Главное противоречие здесь в том, что на более высоких скоростях увеличение фазы впуска увеличивает развиваемую мощность. С другой стороны, это вызывает большее перекрытие клапанов и на холостом ходу, что может значительно увеличивать эмиссию углеводородов. Это противоречие привело к введению электронных систем управления моментом и продолжительностью открытия клапанов.

Конструкции коллекторов

Газовый поток в зоне входных и выпускных коллекторов — очень сложный для изучения объект. Главная причина этой сложности — изменения характеристик потока, обусловленные не только изменениями в скорости двигателя, но также действием цилиндров как насосов. Это насосное действие цилиндров вызывает колебания давления в коллекторах. Если коллекторы и системы впуска и выпуска разработаны так, чтобы в соответствующий момент времени отразить назад волну давления, можно улучшить объемную эффективность работ коллекторов. Многие транспортные средства теперь оснащены трактами впуска регулируемой длины. Длинные тракты используются при низких скоростях вращения, а укороченные — при высоких.

Стратификация дозы топлива

Если порция смеси может быть введена в цилиндр таким способом, чтобы более богатая смесь находилась вблизи свечи зажигания, то в среднем по цилиндру смесь может быть намного более бедной. Эта идея может обеспечить большие преимущества в потреблении топлива, но эмиссия окислов NOx все еще может оставаться проблемой. Многие двигатели обедненного горения используют тот или иной способ стратификации топлива, чтобы уменьшить возможность осечки зажигания и неровной работы двигателя.

Время прогрева

Основные выбросы, создаваемые средним автомобилем, возникают в процессе прогрева двигателя. Применение подходящих материалов и тщательная проработка системы охлаждения могут уменьшить эту проблему. Некоторые системы управления даже заставляют двигатель во время прогрева работать при слегка задержанном зажигании, чтобы он быстрее прогрелся.

Рециркуляция выхлопного газа

Рис. Система рециркуляции выхлопного газа

Эта методика используется, прежде всего, для того, чтобы уменьшить пиковые температуры сгорания и следовательно, образование окислов азота (NOx). Рециркуляция выхлопного газа (exnfcust gas recirculation — EGR) может быть или внутренняя, за счет перекрытия клапанов, или же внешняя, через обычные трубы и клапан. Определенная порция выхлопного газа просто возвращается к впускному коллектору двигателя.

Рециркуляцией управляют с помощью электроники по установкам в постоянной памяти блока управления двигателем. Это гарантирует, что не будут затронуты ходовые качества автомобиля, а также, что доля рециркуляции будет контролироваться. Если эта доля слишком велика, увеличивается эмиссия углеводородов. На рисунке показано влияние доли рециркуляции на выхлоп и расход топлива.

Рис. Влияние доли рециркуляции на состав выхлопа и расход топлива

Один из недостатков систем EGR заключается в том, что клапаны через некоторый период времени могут забиваться продуктами выхлопа и, таким образом, изменять фактический процент рециркуляции. Однако теперь имеются клапаны, которые уменьшают эту проблему.

Система зажигания

Система зажигания может воздействовать на выхлопную эмиссию двумя способами:

во-первых, за счет качества произведенной искры
во-вторых, выбором момента образования искры

Качество искры будет определять ее способность зажечь смесь. Продолжительность искры, в частности, существенна при воспламенении более бедных смесей. Более сильная искра уменьшает вероятность осечек, которые могут привести к увеличению выброса углеводородов.

Рис. Влияние времени зажигания на эмиссию выбросов и потребление топлива

Понятно, что выбор момента зажигания является критическим фактором, и как всегда этот выбор является компромиссом между мощностью, ходовыми качествами автомобиля, потреблением топлива и эмиссией. На рисунке приведен график, показывающий влияние выбора момента зажигания на эмиссию и потребление топлива. Образование угарного газа зависит практически практически только от состава топливной смеси и лишь незначительно от выбора момента зажигания. Электронные и программные системы зажигания внесли существенный вклад на пути к достижению уровней эмиссии сегодняшних двигателей.

Термическое дожигание топлива

Чтобы уменьшить долю углеводородов в выхлопе, задолго до широкого распространения каталитических конвертеров использовалось термическое дожигание топлива. Углеводороды действительно продолжают гореть в выпускном коллекторе, а недавнее исследование показало, что выбор материала используемого коллектора, например чугуна или нержавеющей стали, может иметь значимое воздействие на сокращение выбросов НС. При температурах приблизительно 600 «С, НС и СО сгорают или окисляются в Н2О и СО2. Если вводить в выпускной коллектор после клапанов воздух, то можно стимулировать процесс дожигания топлива.

Каталитические конвертеры

На рисунке показана внутренняя часть каталитического конвертера. Существует много видов углеводородов, но следующий пример иллюстрирует главную реакцию. Отметим, что реакции предполагается осуществлять с участием некоторого количества СО, производимого двигателем, чтобы уменьшить NOx. В этом одна из причин того, что изготовители были вынуждены заставлять двигатели работать на стехиометрической смеси. Это же обстоятельство сдерживает развитие методов обедненного горения. Таким образом, даже мелкие детали инструкций по регулированию эмиссии могут в действительности иметь очень серьезное влияние на выбор используемых методов сокращения эмиссии. Главные реакции следующие:

2СО + О2 -> 2СО2
2С2H6 / 2СО -> 4С02 / 6H2O
2NO + 2СО -> N2 + 2СО2

Керамическая монолитная основа, используемая как материал катализатора, является алюмомагниевым силикатом и благодаря многим тысячам мельчайших каналов обеспечивает большую площадь поверхности. Эта поверхность покрыта тончайшей пленкой окиси алюминия, которая дополнительно увеличивает эффективную поверхность приблизительно в семь тысяч раз. Для катализаторов используются благородные металлы. Платина способствует окислению HС и СО, а родий помогает сокращению NOx. Представленный конвертер — самый современный вид с металлическим основанием и встроенным коллектором. Только один такой каталитический конвертер, поддерживающий три упомянутые реакции, содержит приблизительно 3-4 г драгоценных металлов.

Еще один возможный технический прием для снижения эмиссии в период разогрева катализатора заключается в использовании электрически нагреваемого предварительного конвертера малого размера, как показано на рисунке. Первые испытания этой системы показывают, что эмиссия углеводородов в течение фазы разогрева может быть значительно уменьшена. Нерешенная пока проблема состоит в том, что для нагрева предварительного конвертера в течение первых 30 с необходимо иметь примерно 30 кВт тепловой мощности. Это потребует ток порядка 250 А. Одним из решений проблемы может быть установка дополнительной батареи.

Рис. Электрически подогреваемый предварительный конвертер

Лямбда-контроль в замкнутом контуре управления

Действующие инструкции регулирования выбросов сделали почти обязательным замкнутый контур управления составом воздушно-топливной смеси в сочетании с каталитическим конвертером. В то же время несмотря на оживленные дискуссии, инженеры не достигли согласия о том, что лямбда-показатель должен обязательно быть ранен единице для всех эксплуатационных режимов.

Лямбда-контроль — система с замкнутым контуром управлении, действующая так, чтобы сигнал от кислородного датчика в выхлопе мог непосредственно влиять на количество вводимого топлива. На рисунке показана блок-схема системы управления по лямбда-показателю.

Рис. Дозирование топлива в замкнутом контуре управления

Рис. Результаты управления по лямбда-показателю и действие конвертера TWC

Рециркуляция отработавших газов (ОГ) заключается в перепуске их части во впускную систему двигателя и последующему возврату в камеры сгорания. Так как ОГ содержат после процесса сгорания очень мало кислорода, максимальные температура и давление при сгорании топлива снижаются. В результате этого уменьшается выброс оксидов азота – NOx.

Эффект рециркуляции, снижающий уровень эмиссии NOx, основывается на трех составляющих:

снижении концентрации кислорода в камере сгорания
сокращении расхода ОГ
снижении температуры в цилиндре благодаря более высокой теплоемкости инертных газов, которые не участвуют в реакции (например, СО2)

Количество отработавших газов, участвовавших в рециркуляции, может достигать 20…50% общего расхода, при этом содержание окислов азота снижается до 60%. Увеличение выбросов углеводородов и роста расхода топлива при увеличении неравномерности работы двигателя накладывают ограничения на верхний предел степени рециркуляции отработавших газов. Система рециркуляции выключается при работе двигателя на холостом ходу, потому что образование окислов азота на этом режиме незначительно. На режимах полных нагрузок или близких к ним, рециркуляция осуществляется непродолжительное время, а в режиме частичных нагрузок более длительное время и эффективность действия системы на этом режиме наивысшая.

Рециркуляция подразделяется на:

При внутренней рециркуляции отработавших газов регулирование количества остаточных газов в цилиндрах двигателя производится перестановкой по фазе впускных и выпускных валов. Это создает условия для поступления отработавших газов из выпускных во впускные каналы во время перекрытия фаз газораспределения (т. е. в период одновременного открытия впускного и выпускного клапанов). При этом количество рециркулируемых газов зависит главным образом от продолжительности перекрытия фаз. Для этого впускные клапаны должны открываться задолго до ВМТ, а выпускные – закрываться непосредственно перед ВМТ. В результате оба клапана остаются открытыми одновременно и отработавшие газы перетекают во впускные каналы. К преимуществам внутренней рециркуляции отработавших газов по сравнению с внешней рециркуляцией относятся ускоренная реакция системы и повышенная равномерность распределения рециркулируемых газов по цилиндрам.

Схема системы внешней рециркуляции ОГ представлена на рисунке. Принцип работы системы основан на перепуске части ОГ во впускной трубопровод. После этого они, смешиваясь с воздухом или топливовоздушной смесью, повторно участвуют в горении. Определенная часть ОГ, пройдя клапан рециркуляции 3, разбавляет свежую топливоздушную смесь или воздух. Управление клапаном рециркуляции осуществляется с помощью электронного блока управления 4 двигателя как правило, общего с системой питания, АБС и т. д.

Рис. Схема рециркуляции отработавших газов дизельного двигателя:
1 – всасываемый воздух; 2 – заслонка впускного коллектора с датчиком положения заслонки и двигателем; 3 – клапан рециркуляции ОГ; 4 – блок управления двигателя; 5 – подводящая магистраль ОГ; 6 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 7 – лямбда-зонд; 8 – выпускной коллектор; 9 –турбонагнетатель; 10 – радиатор охлаждения ОГ; 11 – переключающий клапан радиатора рециркуляции

Количество рециркулируемых ОГ зависит от частоты вращения двигателя, количества впрыскиваемого топлива, объема всасываемого воздуха, температуры и давления всасываемого воздуха.

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции ОГ 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 ОГ, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых ОГ определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины.

В магистрали ОГ перед сажевым фильтром расположен широкополосный лямбда-зонд 7, сигнал которого используется в качестве корректирующей величины для регулировки количества рециркулируемых ОГ. Если доля кислорода в ОГ отличается от заданного параметра характеристики рециркуляции ОГ, то блок управления двигателя 4 посылает сигнал управления на клапан рециркуляции 3 и, соответственно, изменяет количество рециркулируемых ОГ.

Радиатор 10 системы рециркуляции ОГ охлаждает рециркулируемые ОГ. Благодаря этому происходит дополнительное снижение температуры сгорания и обеспечивается возможность рециркуляции большего количества ОГ.

Однако независимое от теплового состояния двигателя охлаждение рециркулируемых газов приводит к повышенному выбросу углеводородов и оксида углерода. Поэтому в системе рециркуляции применяют переключающий клапан радиатора рециркуляции 11, который в зависимости от температуры охлаждающей жидкости (обычно ниже 50°С) направляет отработавшие газы к радиатору или в обход его.

Нейтрализатор отработанных газов предназначен для нейтрализации вредных веществ, находящихся в отработанных газах выпускной системы.

Принцип работы

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов:

каталитические;
термические;
накопительные;
и др.

В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

Термические нейтрализаторы

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске отработанные газы нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

Расположение

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

Неисправности

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

Методика проверки

Ремонт

Нейтрализатор отработанных газов ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

Методы, используемые для снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием, делятся на две основные категории: конструктивные методы и очистка отработавших газов. Основные промышленно развитые страны стремятся внедрить у себя (или уже приняли) строгие нормы предельной токсичности отработавших газов. Выполнение этих норм требует использования систем снижения токсичности, включающих трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который уже доказал свою эффективность в США, Европе и Японии

Снижение токсичности методом дозирования топлива

Рабочая смесь, качество которой определяется коэффициентом избытка воздуха λ, оказывает решающее влияние на состав отработавших газов.

Двигатель обеспечивает получение максимального крутящего момента при λ = 0,9 – эта величина обычно программируется для режима полной нагрузки двигателя. Оптимальная топливная экономичность достигается при смесях, характеризующихся λ = 1,1. Это совпадает с возможностью получения низких выбросов CO и CH. Однако выбросы оксидов азота (NO_x) при этом оказываются максимальными. Коэффициент избытка воздуха λ = 0,9 … 1,05 выбирается для режима холостого хода двигателя.

Слишком обедненная смесь приводит к появлению пропусков воспламенения, а так как смесь постепенно обедняется и далее, это влечет за собой быстрое увеличение выбросов СН.

Для предотвращения работы двигателя на сверхвысоких оборотах, когда требуется постоянное использование богатой смеси, осуществляется полное прекращение подачи топлива к двигателю.

Системы впрыска топлива позволяют добиться более точного контроля за составом смеси и значительно снизить количество выбросов отработавших газов.

Снижение токсичности отработавших газов точным смесеобразованием

Однородность смеси, ее послойное распределение и температура в зоне свечи являются основными факторами при определении способности смеси к воспламенению и последующему сгоранию с соответствующим влиянием на состав отработавших газов.

Однородные смеси и регулируемое послойное смесеобразование (богатая смесь у свечи зажигания и бедная смесь вблизи стенок камеры сгорания) представляют два пути совершенствования процесса смесеобразования.

На двигателях с одноточечным впрыском топлива для предотвращения отложения пленки топлива на стенках впускного трубопровода используется предварительный нагрев воздуха и впускного трубопровода.

Равномерное распределение

Максимальный коэффициент полезного действия (к.п.д.) двигателя может быть достигнут только при одинаковом коэффициенте избытка воздуха в каждом цилиндре.

Рециркуляция отработавших газов как способ снижения токсичности отработавших газов

Отработавшие газы направляются обратно в камеру сгорания для снижения максимальной температуры сгорания с целью снижения образования NO_x. Оптимизация системы EGR может также приводить к снижению расхода топлива. Система EGR используется любым из двух способов:

— внутренней рециркуляцией отработавших газов, обеспечиваемой соответствующей установкой фаз газораспределения (перекрытия клапанов);

— внешней рециркуляцией отработавших газов с применением управляемых клапанов.

Изменение фаз газораспределения

Большой угол перекрытия клапанов (при раннем открытии впускного клапана) позволяет увеличить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов и поэтому может помочь в снижении выбросов NO_x. Однако, так как рециркулирующие отработавшие газы вытесняют свежую топливовоздушную смесь, то раннее открытие впускного клапана также ведет к уменьшению максимального крутящего момента. Кроме того, чрезмерная рециркуляция отработавших газов, особенно при работе двигателя на холостом ходу, может стать причиной перебоев в зажигании, что, в свою очередь, приводит к увеличению выбросов углеводородов (НС). Оптимальным решением является применение изменяемых фаз газораспределения, когда фазы газораспределения варьируются для оптимального приспосабливания процесса сгорания к условиям работы двигателя.

Влияние степени сжатия на количество токсичных компонентов отработавших газов

Ранее считалось, что повышение термического коэффициента полезного действия (к.п.д.) путем роста степени сжатия представляется эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности. Однако при этом одновременно увеличивается и максимальная температура сгорания, которая вызывает более высокую концентрацию выбросов NO_x.

Конструкция камеры сгорания

Снижение выбросов CH обеспечивается компактной камерой сгорания, имеющей минимальную площадь поверхности с отсутствием выемок. Центральное расположение свечи зажигания обеспечивает короткий путь распространения пламени, позволяя получить быстрое и относительно полное сгорание рабочей смеси, что приводит, кроме низких выбросов CH, к пониженному расходу топлива. Турбулизация рабочей смеси в камере сгорания обеспечивает более быстрое сгорание. Кроме создания двигателей, способных работать на обедненных смесях, оптимизация формы камеры сгорания дает возможность снизить концентрацию CH при λ = 1.

Создания вихревого движения смеси во впускном канале и оптимизация формы камеры сгорания позволяют использовать переобедненные рабочие смеси (λ = 1,4…1,6). Такие двигатели характеризуются низкой токсичностью и очень хорошей экономичностью, они не нуждаются в каталитической очистке отработавших газов. Разработки в области снижения выбросов NO_x у двигателей, работающих на переобедненных смесях, еще находятся в начальной стадии. Такие двигатели вплоть до настоящего времени с успехом применялись в Европе и Японии. Имелось только несколько моделей, использующих концепцию обедненных смесей, когда достигался компромисс между токсичностью отработавших газов и расходом топлива.

Система зажигания автомобилей

Конструкция свечи зажигания, ее положение в камере сгорания, а также энергия и продолжительность искрового разряда – все эти параметры оказывают существенное влияние на воспламенение смеси, продолжительность ее сгорания, а поэтому и на токсичность компонентов отработавших газов. Важность этих факторов возрастает в прямой зависимости от обеднения смеси (λ > 1,1). Установка момента зажигания оказывает решающее влияние как на токсичность, так и на расход топлива. При выборе момента зажигания приходится (иногда в ущерб расходу топлива) для снижения выбросов CH и NO_x выбирать более поздние углы опережения зажигания. Вместе с подачей в избытке кислорода это поднимает температуру в выпускной системе и позволяет дожигать СО и СН.

Этот метод приводит к снижению выбросов NO_x и несгоревших углеводородов, но за счет увеличенного расхода топлива. С другой стороны, если выбирается слишком большое опережение зажигания, это приводит к увеличению расхода топлива и выбросов NO_x и СН.

Вентиляция картера двигателя

Концентрация углеводородов в картере двигателя может во много раз превышать регистрируемую в отработавших газах. Система регулирования вентиляции картера перепускает картерные газы во впускной тракт двигателя, откуда они попадают в камеру сгорания для дожигания. Раньше эти газы выпускались неочищенными непосредственно в атмосферу; сейчас наличие системы снижения токсичности картерных газов является обязательным требованием.

Читайте также: