Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 18 из 27)
Внешняя скоростная характеристика дизеля 2.0 TDI мощностью 125 кВт показана на рис. 9.5.3.
Рис. 9.5.4. Установка фильтра твердых частиц на двигателе
Рис. 9.5.5. Впускной модуль нового дизеля
 |
| Рис.9.5.6. Насос-форсунка с пьезоактюатором фирмы Siemens |
Известные перспективные требования к дизелям: дальнейшее уменьшение выбросов вредных веществ, расхода топлива, шума от работы дизеля, повышение литровой мощности предопределили ведущиеся в настоящее время разработки топливной аппаратуры.
Фирма Siemens представила для новых наиболее мощных дизелей насос-форсунки с пьезоактюатором PPJ (Pieso pumpe-jet) (рис.9.5.6).
Применение насос-форсунок с пьезоактюатором обеспечивает большую эффективность:
—повышает максимальное давление впрыскивания, на фирме Siemens было получено давление, равное 240 МПа (по другим данным, 220 МПа);
—повышает гидравлические показатели из-за меньшего объема топлива;
—обеспечивает идеальный процесс впрыскивания;
—осуществляет очень точное предварительное впрыскивание небольшой порции топлива.
В результате проведенных работ все предлагаемые для новых автомобилей дизели выполняют нормы на выбросы вредных веществ EURO IV.
10. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ЦИЛИНДРЕ
10.1. Компрессионное воспламенение однородной смеси.
Корпорация GM впервые продемонстрировала процесс сгорания топлива, известный под наименованием «Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI)» (Компрессионное воспламенение однородной смеси).
В сочетании с такими технологиями, как система непосредственного впрыска топлива, регулирование фаз газораспределения и степени подъема клапанов, а также система измерения давлений в цилиндрах, система HCCI обеспечивает снижение расхода топлива на 15 % и соответствие наиболее строгим экологическим стандартам, которые станут обязательными в будущем.
Разработчики отмечают основные положительные особенности технологии HCCI:
· Коэффициент полезного действия бензиновых двигателей - на уровне дизелей при меньшей стоимости очистки отработавших газов;
· Возможность использования отработанных технологий в двигателестроении, таких как система непосредственного впрыска бензина и механизм регулирования фаз газораспределения ;
· Простота адаптации обычных бензиновых двигателей к системе HCCI;
· Требуются только традиционные для бензиновых двигателей системы последующей обработки отработавших газов;
· Совместимость системы HCCI со всеми имеющимися в продаже сортами бензина, а также с топливом Е85 на базе этанола.
Технология HCCI предусматривает воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре путем ее сжатия. В отличие от искрового зажигания, а также от процесса сгорания в дизельном двигателе, технология HCCI позволяет реализовать высвобождение энергии топлива при низкотемпературном сгорании смеси сразу во всем объеме камеры сгорания - без факела пламени. Все топливо, находящееся в цилиндре, сгорает одновременно. Данный процесс позволяет получить такую же мощность, как у обычного бензинового двигателя, но при меньшем расходе топлива.
Кинограммы на рис.10.1.1 и 10.1.2 демонстрируют разницу в характере сгорания в дизеле и двигателе с процессом HCCI.
 |  |
| Рис.10.1.1. Сгорание в дизеле | Рис.10.1.2. Сгорание с процессом HCCI |
Корпорация GM демонстрирует технологию HCCI на пригодных для движения по дорогам концепт-карах Saturn Aura и Opel Vectra (оба - на базе автомобилей серийного производства). Модель Aura оснащена автоматической трансмиссией, а на модели Vectra, которая нацелена на европейский рынок, установлена механическая коробка передач. Оба автомобиля оснащены 2,2-литровым двигателем Ecotec мощностью 180 л.с., развивающим крутящий момент 230 Н·м. Особенности данного двигателя: система центрального непосредственного впрыска топлива, система регулирования степени подъема впускных и выпускных клапанов, электросистема регулирования фаз газораспределения (на двух распределительных валах), а также индивидуальные датчики давления в цилиндрах, которые контролируют процесс сгорания и позволяют выполнить плавный переход между различными режимами сгорания топлива.
Для рабочего процесса системы HCCI необходима относительно высокая температура двигателя. Поэтому в период прогрева холодного двигателя используется обычное искровое зажигание. В этот период двигатель быстро нагревается до температуры, обеспечивающей как функционирование системы HCCI, так и работу каталитического нейтрализатора. В режиме HCCI используется обедненная смесь (топливовоздушная смесь с повышенным процентным содержанием воздуха). При работе на обедненной смеси коэффициент полезного действия бензинового двигателя близок к КПД дизеля, при этом, в отличие от дизеля, для очистки отработавших газов требуются только традиционно применяемые устройства. Напомним, что дизели требуют использования сложных и дорогостоящих систем снижения токсичности отработавших газов.
Степень сжатия двигателя, использующего технологию HCCI, - такая же, как у обычных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Система HCCI совместима со всеми имеющимися в продаже сортами бензина, а также с топливом Е85 на базе этанола.
Процессом сгорания по технологии HCCI управляет компьютер, который работает по разработанному корпорацией GM алгоритму с использованием показаний датчиков давления в цилиндрах. Компьютер также управляет переходами между режимом HCCI и обычным искровым зажиганием.
По словам исполнительного директора GM по перспективной разработке силовых агрегатов Uwe Grebe, наиболее трудной задачей, решаемой при создании технологии HCCI, является управление процессом сгорания. При искровом зажигании сгоранием управляют углом опережения зажигания и интенсивностью искрового разряда. Однако при реализации технологии HCCI при сгорании отсутствует факел пламени, и поэтому, чтобы добиться требуемых характеристик двигателя, приходится выполнять сложное синхронное регулирование состава смеси и температуры. Кроме того, при скоростях движения автомобиля более 55 миль/час, а также при работе двигателя с большой нагрузкой приходится переходить в режим искрового зажигания.
Разработчики продолжают совершенствовать технологию HCCI, чтобы сделать ее работоспособной в широком диапазоне условий вождения, характерных для разных регионов земного шара - от тропиков до Арктики, а также при разреженном воздухе на большой высоте над уровнем моря.
10.2. Процесс сгорания в двигателе Saab
В шведском исследовательском центре фирмы Saab в Trollhattan разрабатывается новая система управляемого сгорания Saab (система SCC). В этом процессе количество рециркулируемых выпускных газов в смеси достигает 70 %, что помогает уменьшить эмиссию вредных веществ в выпускных газах до уровня, меньшего, чем нормы США второго поколения (ULEV2 2005 года). Этот процесс также обеспечивает снижение расхода топлива на 10 %.
 |  |
| Рис. 10.2.1.Двигатель с управляемым процессом сгорания фирмы Saab | |
Система SCC базируется на трех ключевых решениях: технология непосредственного впрыска бензина в цилиндр, переменные фазы газораспределения и переменные фазы воспламенения. Согласно Saab, SCC применяет сгорание стехиометрических смесей (соотношение воздух/топливо равняется 14.6:1), что позволяет применять для достижения законодательных требований по выбросам токсичных веществ традиционные хорошо отработанные трехкомпонентные системы нейтрализации.
Система содержит устройство, объединяющее форсунку и свечу, называемое SPI ( Spark Plug Injector). Топливо впрыскивается непосредственно в головку цилиндра через SPI, используя сжатый воздух. Перед его воспламенением вдуваемый воздух создает интенсивную турбулентность в цилиндре, способствуя сгоранию и сокращению периода сгорания. Использования кулачкового вала с переменными кулачками дает уверенность, что открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов изменяется непрерывно.
Рис. 10.2.2. Фазы процесса сгорания в двигателе Saab.