6 Системи подачі повітря та очищення відпрацьованих газів двигунів з комп’ютерним керуванням
6.1 Загальні відомості про системи зниження емісії шкідливих речовин
Метою розробників двигунів є створення таких двигунів, які забезпечували б оптимальне використання енергії, низьку витрату палива і високі показники потужності та крутного моменту. Всі ці характеристики повинні поєднуватися із ще одним істотним чинником: максимально низькою токсичністю ВГ при згоранні робочої суміші.
Розвиток електронних систем управління двигуном дозволив забезпечити точне вприскування необхідної кількості палива і точну установку моменту запалення, а також оптимізацію управління всіма вузлами, залежними від режиму роботи двигуна, що разом з підвищенням потужності двигунів, привело до помітного поліпшення якості очищення ВГ. Проте не слід нехтувати і якістю палива, вимоги до якого зросли також із-за збільшення потужності двигунів. Перехід на неетильований бензин став віхою на шляху до забезпечення вихлопу з низьким вмістом шкідливих речовин. Впровадження цих заходів, починаючи з 70-х рр. минулого сторіччя, дозволило зменшити емісію неочищених ВГ приблизно на 80%. Але лише за рахунок додаткового очищення ВГ в каталітичному нейтралізаторі стало можливим дотримуватись норм по граничних значеннях шкідливих речовин у ВГ.
Одним із способів зниження токсичності ВГ є використання системи управління розподільним валом, що дозволяє змінювати фази газорозподілу, а отже, мати великі можливості в управлінні процесом згорання. Іншим способом зниження емісії шкідливих речовин стало поліпшення конструктивної форми камери згорання, а саме: оптимізація геометрії камери; багатоклапанна технологія; центральне положення свічки запалення; подвійне запалення з двома свічками запалення для кожного циліндра в багатоклапанних двигунах; висока ступінь стиску; оптимізоване положення форсунки високого тиску при безпосередньому вприскуванні.
Зовні двигуна встановлюють інші системи і вузли, які потенційно можуть впливати на зниження емісії шкідливих речовин, а саме: системи, що забезпечують допалювання ВГ; рециркуляція ВГ; система уловлювання і допалювання парів палива.
6.2 Термічні системи захисту навколишнього середовища двигунів з комп’ютерним керуванням
Незгоріле паливо при такті випуску поступає у випускну систему і, відповідно, не бере участь у генерації крутного моменту. По цій причині завжди утворюється емісія СН і СО. На холодному двигуні додатково на стінках циліндрів конденсується паливо, яке не згораючи стікає з камери згорання. Для того, щоб зберегти рівну і стійку роботу двигуна, необхідно збагачувати робочу суміш на фазі прогрівання двигуна, що приводить до різкого підвищення концентрації СН i СО в неочищених ВГ. Справа усклад-нюється тим, що каталітичний нейтралізатор для ефективного перетворення шкідливих речовин повинен досягти своєї мінімальної робочої температури, що становить близько 350 ˚С. Тому, по-перше, важливо мінімізувати емісію неочищених ВГ на стадії прогрівання двигуна і, по-друге, прийняти заходи по прискоренню нагрівання каталітичного нейтралізатора до його робочої температури. Заходами для зниження емісії неочищених ВГ до моменту початку ефективного очищення ВГ з допомогою каталітичного нейтралізатора є: оптимізовані процеси пуску двигуна (моменти вприскування і запалення); прогрівання на збідненій суміші (передбачається можливість двигуна працювати на збіднених сумішах); подача додаткових порцій повітря.
Мірами, які прискорюють включення каталітичного нейтралізатора в роботу, є: висока температура ВГ за рахунок установки пізнішого випередження запалення і забезпечення більшої масової витрати ВГ; розміщення каталітичних нейтралізаторів поряд з двигуном; подвійне вприскування на двигунах з безпосереднім вприскуванням палива.
Додаткове повітря необхідне
тільки після пуску двигуна при його
прогріванні (при
< 1). Екзотермічна реакція, по-перше,
знижує високу концентрацію СН і СО у
ВГ, що має місце на цій фазі роботи
двигуна. По-друге, цей процес окислення
виділяє теплоту, тому ВГ більше
нагріваються і швидше нагрівають
каталітичний нейтралізатор. Отже, подача
додаткових порцій повітря є зручним
способом швидкого нагрівання до робочої
температури каталітичного нейтралізатора,
що дозволяє швидше очищати ОГ від NOх.
Електроприводний насос 1 (рис. 6.1) додаткового повітря всмоктує повітря 2 і нагнітає його у випускний тракт 8 в процесі управління клапаном 5 регулювання подачі додаткових порцій повітря. Клапан не допускає зворотного проходу ВГ в насос і в систему управління подачі повітря і тому, при вимкненому насосі, повинен залишатися закритим. Для включення насоса додаткового повітря потрібний електричний струм великої сили, тому насос включається через реле 3. Електрокерований клапан 6 пов'язаний з клапаном 5 регулювань подачі додаткових порцій повітря. Цей клапан 5 за допомогою електрокерованого клапана управляє витратою повітря між клапаном регулювання і впускним трубопроводом (клапан відкривається) або зовнішнім повітрям (клапан закривається). Робота насоса і електрокерованого клапана регулюється блоком управління двигуном 4 таким чином, що додаткові порції повітря можуть подаватися точно в певний момент, залежно від умов роботи двигуна.
Додаткове повітря повинне подаватися у випускний тракт якомога ближче до випускного клапана 9, для того, щоб використовувати високу температуру для утворення екзотермічної реакції. При цьому клапан додаткового повітря повинен бути розміщений не дуже близько від випускного колектора, так щоб не допустити дуже високого термічного навантаження. З іншого боку, дуже важливо запобігти резонансу в трубопроводі між клапаном додаткового повітря і місцем подачі цього повітря у випускний колектор (так званий ефект «курильної трубки»).
Рисунок 6.1 – Будова системи подачі додаткового повітря