Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 3 из 27)
Системы регулирования воздухоснабжения перепуском части наддувочного воздуха перепуском на вход турбины или выпуском в атмосферу сравнительно просты, но нашли ограниченное применение вследствие потери энергии на сжатие перепускаемого воздуха.
Способ перепуска части выпускных газов мимо турбины оказался наиболее простым в реализации для дизелей с невысоким уровнем наддува (
k =1,5 - 2,0) и позволяет регулировать частоту вращения ротора турбокомпрессора и давление наддува в довольно широких пределах, однако по эффективности он уступает способу регулирования турбины при помощи РСА.Подвод дополнительной энергии к ротору турбокомпрессора и установка форсажной камеры сгорания перед турбиной ранее находили применение в основном только в дизелях большой мощности с высоким наддувом (
k >2,0).Большое внимание при разработке системы воздухообеспечения имеет согласование характеристики турбокомпрессора с гидравлической характеристикой дизеля. При этом для транспортных дизелей стремятся подобрать турбокомпрессор, максимальный КПД которого достигается на режимах с n=0,4-0,7 n nom . Формирование базовых характеристик, обеспечиваемых регулируемым турбокомпрессором и системой топливоподачи, управляемой электронным регулятором с регулированием угла опережения впрыскивания, позволяет снизить среднеэксплуатационный расход топлива на 1,5%, уменьшить эмиссию оксидов азота NOx на 45%, эмиссию СО на 30%, эмиссию СН на 23%(по сравнению с характеристиками дизеля с нерегулируемым турбокомпрессором) .
Хорошие результаты дает применение так называемой комбинированной системы наддува, в которой сочетаются турбонаддув и инерционный наддув (использование газодинамических явлений во впускном трубопроводе). В этом случае длина, диаметр и форма впускного трубопровода и настройка турбокомпрессора выполняются так, чтобы на наиболее важном режиме работы двигателя обеспечивался максимальный коэффициент наполнения. Реализация данного способа в дизелях «РАБА-МАН» , «Заурер», «Хино» и др. обеспечивает снижение расхода топлива на 5-7%. Имеются реализации двух и трехрежимной (ступенчатой) газодинамической настройки длины и формы впускных каналов, например, в двигателях фирмы BMW и Фольксваген.
Общеизвестно важнейшее влияние на рабочий процесс, эффективные и экологические показатели дизелей параметров работы топливоподающей аппаратуры (ТПА). К ней предъявляется не менее двух десятков обязательных требований, несоблюдение которых не обеспечивает конкурентоспособность дизелей. В ограниченных рамках данной работы остановимся в основном на двух качествах ТПА, определяющих долговременные и важнейшие тенденции развития дизелестроения и производства ТПА. Характерно, что среди полутора десятков тенденций дизелестроения ведущие специалисты MAN, Mercedes-Benz, Scania на 2 и 3 место поставили именно эти два качества ТПА: электронное регулирование топливоподачей, двигателем и интенсификация впрыскивания . Специалисты фирмы R.Bosch среди десяти методов обеспечения норм Euro-1...4 пять относят к ТПА и на первом месте те же ее свойства.
Повышение давления впрыскивание - уникальный по универсальности способ воздействия на рабочий процесс дизеля, позволяющий одновременно улучшить все важные и противоречивые по методам достижения результата показатели дизеля: экономичность, мощность и максимальное давление цикла, жесткость сгорания; выбросы частиц, углеводородов и окислов азота.
В последние десять-двадцать лет интенсивность впрыскивания в дизелях всех типов существенно возросла. В первую очередь это относится к быстроходным, автомобильным дизелям. Если в период 1930... 1970 гг. максимальное давление впрыска (Рвmax) в них составляло 25... 45 МПа, и изменялось со временем мало, то в период 1975...2006 гг. во вновь разрабатываемых системах Рвmax поднялось до 70...130 МПа, а в некоторых системах до 180 МПа (а в системах с насос форсунками – до 250 МПа). Этот скачок, конечно, был обязан энергетическому кризису 70-х годов и последующим стремлением снизить токсичность ОГ. В среднеоборотных дизелях рост Рвmax шел более равномерно и в начале 70-х привычным уровнем считался более высокий - 70...100 МПа. В настоящее время ведущие фирмы предлагают ТНВД с давлениями 150...180 МПа. В малооборотных дизелях картина менее выраженная - за двадцатилетие уровень Рвmax поднялся с 70...80 до 90...100 МПа, что объяснялось скорее стремлением использовать все более тяжелые топлива. Таким образом к 1996 г. уровень Рвmax для всех типов современных дизелей сблизился, хотя способы его обеспечения и конструктивные решения имеют отличия.
Значительные резервы в повышении показателей качества двигателей кроются в совершенствовании систем управления двигателями. Замена механического регулирования электронным позволяет проводить глубокую оптимизацию параметров работы дизеля и таким образом значительно улучшать его потребительские качества. В качестве параметров управления дизелем ранее рассматривали цикловую подачу и опережение. В настоящее время системы управления значительно расширили перечень управляемых параметров, включив в них давление и характеристики впрыскивания, сечения распыливающих сопел, количество и фазы впрысков, параметры воздухоснабжения, фазы газораспределения и др. Оптимальные значения этих параметров зависят большого числа факторов, учесть которые удается только при отказе от механических, гидравлических и пневматических регуляторов.
Электронное управление позволяет решить одну из наиболее трудных проблем создания газодизеля , обеспечивая гибкое управление подачей обоих топлив и реализуя для улучшения полноты сгорания бедных гомогенных смесей смешанное количественное и качественное регулирование мощности, а также за счет повышения точности и гибкости управления экономию жидкого топлива.
2. БЕНЗИНОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
й. В последнее время существенно вырос КПД бензиновых двигателей нового поколения с распределенным впрыском топлива во впускной трубопровод и с непосредственным впрыском бензина в цилиндр. Повышение экономичности было достигнуто благодаря переходу на четырехклапанное газораспределение с двумя впускными каналами (тангенциальным и вихревым) с регулируемой заслонкой в вихревом канале, повышению турбулентности заряда в цилиндре, повышению степени сжатия двигателей до 10,5…12,0, расширению пределов эффективного обеднения смеси и переходу на бездроссельное регулирование (применение управляемых фаз газораспределения, в первую очередь, момента закрытия и высоты подъема впускных клапанов ) и качественное регулирование мощности (двигатели с впрыском топлива непосредственно в цилиндр), агрегаты наддува с возможностью регулирования турбин и компрессоров. Повышению показателей двигателей способствовали низкий уровень механических потерь, гибкая интегрированную систему электронного управления топливоподачей, воздухоснабжением, фазами газораспределения и системой нейтрализации выпускных газов, что обеспечивает высокую эксплуатационную топливную экономичность и требуемые характеристике по токсичности выпускных газов и уровню виброакустического излучения.
Известно, что фазы газораспределения оптимальны только для одного режима и этот факт использовали для улучшения внешних характеристик двигателей. Соответствующим выбором для каждого скоростного и нагрузочного режима фаз можно добиться наилучших условий протекания рабочего процесса и в итоге получить снижение токсичности и повышение экономичности. Это и лежит в основе создания двигателей с управляемыми фазами газораспределения. Работы над созданием таких двигателей проводились давно. Первая система с регулируемыми фазами впуска и выпуска была запатентована основателем фирмы Renault Луи Рено в 1902 г. Интерес к управляемым фазам резко усилился в последнее время и многие фирмы имеют двигатели с достаточно эффективными механизмами изменения фаз газораспределения. Фирма Hydraulic-Ring c 1995 г. поставляет фирме Audi устройство для регулирования угла поворота впускного кулачкового вала . Ведущие автомобильные фирмы стали широко применять системы управляемого газораспределения. Так, японские фирмы для своих бензиновых двигателей применяют VTEC (фирма Honda), VVT-I и VVT-L (фирма Тойота), позволяюшие в широких пределах изменять фазы открытия и закрытия клапанов и ступенчато изменять их подъем . Фирма BMW применяет механическую систему регулирования фаз газораспределения, основанную на бесступенчатом сдвоенном механизме VANOS и механизме Valvetronic, позволяющие менять фазы, высоту подъема клапана и продолжительность его открытия, фирма Porsche применяет сиcтему Vario Cam, фирма Meta VVN System разработала непрерывно регулируемый механический привод клапанов, который обеспечивает полностью переменные фазы газораспределения, обеспечивающие для бензиновых двигателей бездроссельное регулирование мощности двигателя .
Однако наибольшими функциональными возможностями и эффективностью воздействия на показатели двигателей обладает система с электромагнитным приводом клапанов и с электронным управлением (EVT), разработанная фирмой Siemens Automobiltechnik. Она позволяет реализовывать различные циклы, такие как управляемое запаздывание закрытия впускного клапана (цикл Аткинсона), раннее закрытие впускного клапана (цикл Миллера), организовывать большое перекрытие клапанов, изменять высоту подъема клапанов, организовывать процесс газообмена с повышенным содержанием остаточных газов (цикл с внутренней рециркуляцией остаточных газов). Каждый клапан в системе EVT имеет датчик положения, электромагнитный исполнительный механизм и индивидуально управляется электронной системой управления .