постное сжигание
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2008 г. ) |
Под обедненной смесью понимается сжигание топлива с избытком воздуха в двигателе внутреннего сгорания . В двигателях, работающих на обедненной смеси, соотношение воздух-топливо может достигать 65:1 (по массе). Соотношение воздух/топливо, необходимое для стехиометрического сгорания бензина, напротив, составляет 14,64:1. Избыток воздуха в двигателе, работающем на обедненной смеси, выделяет гораздо меньше углеводородов. Высокие соотношения воздух-топливо также можно использовать для уменьшения потерь, вызванных другими системами управления мощностью двигателя, такими как потери на дросселирование.
Принцип
[ редактировать ]Режим сжигания обедненной смеси — это способ уменьшить потери при дросселировании. Размер двигателя типичного транспортного средства рассчитан на обеспечение мощности, необходимой для ускорения, но при нормальной работе на постоянной скорости он должен работать значительно ниже этой точки. Обычно мощность отключается при частичном закрытии дроссельной заслонки. Однако дополнительная работа, выполняемая при протягивании воздуха через дроссельную заслонку, снижает эффективность. Если соотношение топливо/воздух уменьшено, то более низкая мощность может быть достигнута при приближении дроссельной заслонки к полностью открытому, а эффективность во время нормального вождения (ниже максимального крутящего момента двигателя) может быть выше.
Двигатели , предназначенные для сжигания обедненной смеси, могут использовать более высокие степени сжатия и, таким образом, обеспечивать лучшую производительность, эффективное использование топлива и низкий уровень в выхлопные газы, выбросов углеводородов чем те, которые встречаются в обычных бензиновых двигателях . Сверхбедные смеси с очень высоким соотношением воздух-топливо можно получить только в двигателях с непосредственным впрыском .
Основным недостатком сжигания обедненной смеси является то, что каталитического нейтрализатора требуется сложная система для снижения выбросов NOx . Двигатели, работающие на обедненной смеси, плохо работают с современными трехкомпонентными каталитическим нейтрализаторами или около нее. , которым требуется баланс загрязняющих веществ в выхлопном отверстии, чтобы они могли осуществлять реакции окисления и восстановления, поэтому большинство современных двигателей имеют тенденцию двигаться в крейсерском режиме и двигаться по инерции в стехиометрической точке .
Chrysler Electronic Lean-Burn
[ редактировать ]С 1976 по 1989 год компания Chrysler оборудовала многие автомобили своей системой Electronic Lean-Burn (ELB) , которая состояла из компьютера управления искрой, а также различных датчиков и преобразователей . Компьютер регулировал момент зажигания на основе вакуума в коллекторе, частоты вращения двигателя, температуры двигателя, положения дроссельной заслонки с течением времени и температуры входящего воздуха. В двигателях, оснащенных ELB, использовались распределители с фиксированным газораспределением без традиционных вакуумных и центробежных механизмов опережения газораспределения. Компьютер ELB также напрямую управлял катушкой зажигания, устраняя необходимость в отдельном модуле зажигания.
ELB производился как в разомкнутом, так и в замкнутом вариантах; системы с разомкнутым контуром производили выхлопные газы, достаточно чистые для многих вариантов транспортных средств, оборудованных таким образом, чтобы соответствовать федеральным нормам выбросов США 1976 и 1977 годов и канадским нормам выбросов до 1980 года, без каталитического нейтрализатора . Версия ELB с замкнутым контуром использовала датчик кислорода и карбюратор с обратной связью и была запущена в производство, поскольку правила выбросов стали более строгими, начиная с 1981 года, но ELB с разомкнутым контуром использовался только в 1990 году на рынках со слабыми правилами выбросов, на транспортные средства, такие как мексиканский Chrysler Spirit . Стратегии управления искрой, определения и преобразования параметров двигателя, представленные в ELB, использовались до 1995 года на автомобилях Chrysler, оснащенных системой впрыска топлива через дроссельную заслонку . [ нужна ссылка ]
Тяжелые газовые двигатели
[ редактировать ]Концепции сжигания обедненной смеси часто используются при проектировании мощных двигателей, работающих на природном газе , биогазе и сжиженном нефтяном газе (СНГ). Эти двигатели могут либо работать на обедненной смеси постоянно, когда двигатель работает на слабой топливно-воздушной смеси независимо от нагрузки и частоты вращения двигателя, либо работать на частично обедненной смеси (также известной как «бедная смесь» или «смешанная обедненная смесь»). ), где двигатель работает на бедной смеси только при низкой нагрузке и на высоких оборотах, а в других случаях возвращается к стехиометрической воздушно-топливной смеси.
Тяжелые двигатели, работающие на обедненной газовой смеси, допускают вдвое больше [ 1 ] воздух, теоретически необходимый для полного сгорания, поступает в камеры сгорания. Чрезвычайно слабые топливовоздушные смеси приводят к более низким температурам сгорания и, следовательно, к меньшему образованию NOx. Хотя двигатели, работающие на обедненной газовой смеси, обеспечивают более высокий теоретический тепловой КПД, в определенных ситуациях переходные характеристики и производительность могут быть нарушены. Однако достижения таких компаний, как North American Repower, в области контроля топлива и технологий замкнутого контура привели к производству современных двигателей для тяжелых условий эксплуатации, сертифицированных CARB, для использования в парках коммерческих автомобилей. [ 2 ] Двигатели, работающие на обедненной газовой смеси, почти всегда оснащены турбонаддувом, что приводит к высоким показателям мощности и крутящего момента, недостижимым для стехиометрических двигателей из-за высоких температур сгорания.
Газовые двигатели для тяжелых условий эксплуатации могут использовать камеры предварительного сгорания в головке блока цилиндров. Бедная газовоздушная смесь сначала сильно сжимается в основной камере поршнем. Гораздо более богатая, хотя и гораздо меньшая по объему газовоздушная смесь подается в камеру сгорания и воспламеняется свечой зажигания. Фронт пламени распространяется на обедненную газовоздушную смесь в цилиндре.
Двухступенчатое сжигание бедной смеси обеспечивает низкий уровень выбросов NOx и отсутствие выбросов твердых частиц. Термический КПД выше, поскольку достигается более высокая степень сжатия.
Производителями тяжелых газовых двигателей, работающих на обедненной смеси, являются MTU , Cummins , Caterpillar , MWM , GE Jenbacher , MAN Diesel & Turbo , Wärtsilä , Mitsubishi Heavy Industries , Dresser-Rand Guascor , Waukesha Engine и Rolls-Royce Holdings .
Системы сжигания обедненной смеси Honda
[ редактировать ]Одна из новейших технологий сжигания обедненной смеси, доступных в настоящее время в автомобилях. [ когда? ] в производстве используется очень точный контроль впрыска топлива, сильный завихрение воздух-топливо, создаваемое в камере сгорания, новый линейный датчик воздуха-топлива ( O 2 датчик для сжигания обедненной смеси типа LAF) и катализатор NO x для дальнейшего снижения образующихся NO. выбросы x , которые увеличиваются в условиях «сжигания обедненной смеси» и соответствуют требованиям по выбросам NO x .
Такой подход к сгоранию на обедненной смеси с использованием послойного заряда означает, что соотношение воздух-топливо не одинаково во всем цилиндре. Вместо этого точный контроль над динамикой впрыска топлива и впускного потока позволяет добиться большей концентрации топлива ближе к кончику свечи зажигания (богаче), что необходимо для успешного зажигания и распространения пламени для полного сгорания. Остальная часть всасываемого топлива в цилиндрах постепенно обедняется, при этом общее среднее соотношение воздух:топливо попадает в категорию обедненной смеси до 22:1.
Старые двигатели Honda , в которых использовалось сжигание обедненной смеси (не все это применяли), достигли этого за счет наличия параллельной системы подачи топлива и впуска, которая подавала в предварительную камеру «идеальное» соотношение для начального сгорания. Затем эта горящая смесь подавалась в главную камеру, где затем воспламенялась гораздо более крупная и бедная смесь, чтобы обеспечить достаточную мощность. Во время производства этой конструкции эта система ( CVCC, Compound Vortex Controlled Combustion ) в первую очередь позволяла снизить выбросы без необходимости использования каталитического нейтрализатора . Это были карбюраторные двигатели, и их относительная «неточная» природа ограничивала возможности концепции по расходу топлива на галлон, которая теперь в рамках MPI (многоточечный впрыск топлива) позволяет также увеличить расход топлива на галлон.
Новые двигатели Honda с послойным зарядом (двигатели, работающие на обедненной смеси) работают на соотношении воздух-топливо до 22:1. Количество топлива, всасываемого в двигатель, намного меньше, чем у типичного бензинового двигателя, который работает с соотношением 14,7:1 — химическим стехиометрическим идеалом для полного сгорания при усреднении бензина до принятого в нефтехимической промышленности стандарта C 8 H 18 .
Эта способность сжигания обедненной смеси из-за ограничений физики и химии сгорания, применимых к современному бензиновому двигателю, должна быть ограничена условиями малой нагрузки и более низких оборотов в минуту. Требуется точка отсечки «максимальной» скорости, поскольку более обедненные бензиновые топливные смеси сгорают медленнее, а для выработки мощности сгорание должно быть «полным» к моменту открытия выпускного клапана.
Приложения
[ редактировать ]- 1992–95 Гражданский VX
- 1996–2005 Гражданский Hx
- 2002–05 Гражданский гибрид
- 2000–06 Insight только с механической коробкой передач и вариатором японской спецификации
| Применение двигателей Honda, работающих на обедненной смеси | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Снаряженный вес | Расход топлива, режим Япония 10-15 | Емкость топливного бака | Диапазон | ||||||||||||
| Годы | Модель | Двигатель | кг | фунты | л/100 км | км/л | миль на галлон Великобритании | миль на галлон США | л | девчонка Великобритания | девчонка США | км | миля | Примечания | |
| 1991–95 | Гражданский ЭТи | Д15Б | 930 | 2050 | 4.8 | 20.8 | 59 | 49 | 45 | 9.9 | 11.9 | 938 | 583 | 5спд механика, 3др люк, VTEC-E [ 3 ] | |
| 1995–2000 | Гражданский ВТи | Д15Б | 1010 | 2226 | 5.0 | 20.0 | 56 | 47 | 45 | 9.9 | 11.9 | 900 | 559 | 5спд механика, 3д люк, 3х ступенчатый VTEC [ 4 ] | |
| 1995–2000 | Гражданский Ви | Д15Б | 1030 | 2226 | 5.3 | 18.9 | 53 | 44 | 45 | 9.9 | 11.9 | 849 | 528 | 5 ступенчатая механика, 5 др седан, 3 ступенчатая VTEC [ 5 ] | |
| 2000-2006 | понимание | ЭКА1 | 838 | 1847 | 3.4 | 29.4 | 84 | 70 | 40.2 | 8.8 | 10.6 | 1194 | 742 | 5 ступенчатая механика, без кондиционера. | |
Двигатели Toyota, работающие на обедненной смеси
[ редактировать ]В 1984 году Toyota выпустила двигатель 4A-ELU . Это был первый двигатель в мире, в котором использовалась система контроля сгорания обедненной смеси с датчиком обедненной смеси, названная «TTC-L» ( Toyota Total Clean Toyota -Lean-Burn). Toyota также называла более раннюю систему сжигания обедненной смеси «горшком, генерирующим турбулентность» (TGP). TTC-L использовался в Японии на Toyota Carina T150, TTC-V (Vortex), заменяя подход к рециркуляции выхлопных газов использовавшийся ранее в Toyota Corolla E80 и Toyota Sprinter . Датчик обедненной смеси был установлен в выхлопной системе для определения соотношения воздух-топливо, обедненного по сравнению с теоретическим. Затем объем впрыска топлива точно контролировался компьютером с использованием этого сигнала обнаружения для достижения обратной связи по обедненной смеси топливовоздушной смеси. Для оптимального сгорания были применены следующие элементы: программный независимый впрыск, точно изменявший объем и время впрыска для отдельных цилиндров, платиновые свечи для улучшения характеристик зажигания на бедных смесях и высокопроизводительные воспламенители. [ 6 ]
Версии 4-цилиндровых двигателей объемом 1587 куб.см 4A-FE и 7A-FE объемом 1762 куб.см, работающие на обедненной смеси , имеют по 2 впускных и 2 выпускных клапана на цилиндр. Toyota использует набор бабочек для ограничения потока в каждом втором впускном канале во время работы на обедненной смеси. Это создает большое завихрение в камере сгорания. Форсунки установлены в головке, а не традиционно во впускном коллекторе. Степень сжатия 9,5:1. [ 7 ] объемом 1998 куб.см Двигатель 3S-FSE представляет собой бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива, работающий на обедненной смеси. Степень сжатия 10:1. [ 8 ]
Приложения
[ редактировать ]| Применение двигателей Toyota, работающих на обедненной смеси | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Снаряженный вес | Расход топлива, режим Япония 10-15 | Емкость топливного бака | Диапазон | ||||||||||||
| Годы | Модель | Двигатель | кг | фунты | л/100 км | км/л | миль на галлон Великобритании | миль на галлон США | л | девчонка Великобритания | девчонка США | км | миля | Примечания | |
| 1984–88 | Карина Т150 | 4А-ЖИЗНЬ | 950 | 2100 | 5.6 | 17.0 | 50 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1056 | 656 | 5спд инструкция [ 6 ] | |
| 1994–96 | Карина SG-i SX-i | 4А-ФЭ | 1040 | 2292 | 5.6 | 17.6 | 50 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1056 | 656 | 5спд инструкция [ 9 ] | |
| 1994–96 | Карина SG-i SX-i | 7А-ФЭ | 1040 | 2292 | 5.6 | 17.6 | 50 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1056 | 656 | 5спд инструкция [ 9 ] | |
| 1996–2001 | Мило, да | 7А-ФЭ | 1120 | 2468 | 5.5 | 18.0 | 51 | 42 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1080 | 671 | 5спд инструкция [ 9 ] | |
| 1996–2000 | Коронный приз E [ сломанный якорь ] | 7А-ФЭ | 1120 | 2468 | 5.5 | 18.0 | 51 | 42 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1080 | 671 | 5спд инструкция [ 10 ] | |
| 1998–2000 | Коронный приз G [ сломанный якорь ] | 3S-ФСЕ | 1200 | 2645 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1034 | 643 | Авто [ 11 ] | |
| 1996–97 | Кальдина ФЗ Чехия | 7А-ФЭ | 1140 | 2513 | 5.6 | 17.6 | 50 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1056 | 656 | 5спд инструкция [ 12 ] | |
| 1997-2000 | Авенсис Т221 | 7А-ФЭ | 1260 | 2778 | 60 | 13.2 | 15.9 | ||||||||
| 1997–2002 | Калдина Э | 7А-ФЭ | 1200 | 2645 | 5.6 | 17.6 | 50 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1056 | 656 | 5спд инструкция [ 13 ] | |
| 1997–2002 | космос | 7А-ФЭ | Авто [ 14 ] | ||||||||||||
Двигатели Nissan, работающие на обедненной смеси
[ редактировать ]Двигатели Nissan QG представляют собой алюминиевые DOHC, 4-клапанные двигатели на обедненной смеси, с регулируемыми фазами газораспределения и дополнительным NEO Di. непосредственным впрыском работающие объемом 1497 куб.см QG15DE имеет степень сжатия 9,9:1. [ 15 ] и 1769cc QG18DE 9,5:1. [ 16 ]
Приложения
[ редактировать ]| Применение двигателей Nissan, работающих на обедненной смеси | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Снаряженный вес | Расход топлива, режим Япония 10-15 | Емкость топливного бака | Диапазон | ||||||||||||
| Годы | Модель | Двигатель | кг | фунты | л/100 км | км/л | миль на галлон Великобритании | миль на галлон США | л | девчонка Великобритания | девчонка США | км | миля | Примечания | |
| 1998–2001 | Солнечно | QG15DE | 1060 | 2865 | 5.3 | 18.9 | 53 | 44 | 50 | 11 | 13.2 | 943 | 586 | 5спд механика, 4д седан [ 15 ] | |
| 1998–2001 | Синяя птица | QG18DE | 1180 | 2600 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1035 | 643 | 5спд механика, 4д седан [ 17 ] | |
| 1998–2001 | Первый | QG18DE | 1180 | 2600 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13.2 | 15.9 | 1035 | 643 | 556 | 5спд механика, 5др универсал [ 16 ] |
Mitsubishi Вертикальный Вихрь (MVV)
[ редактировать ]В 1991 году компания Mitsubishi разработала и начала производство системы сжигания обедненной смеси MVV (Mitsubishi Вертикальный Vortex), впервые использованной в двигателе Mitsubishi объемом 1,5 л 4G15 с рядной четверкой и одним верхним расположением распредвала объемом 1468 куб.см. Вертикально-вихревой двигатель имеет частоту вращения холостого хода 600 об/мин и степень сжатия 9,4:1 по сравнению с соответствующими показателями 700 об/мин и 9,2:1 для обычной версии. Двигатель MVV, работающий на обедненной смеси, может обеспечить полное сгорание с соотношением воздух-топливо до 25:1, что дает прирост экономии топлива на 10–20% (по японскому 10-режимному городскому циклу) в стендовых испытаниях по сравнению с его двигателем. обычная силовая установка MPI того же рабочего объема, что означает более низкие выбросы CO 2 . [ 18 ] [ 19 ]
Сердцем системы MVV Mitsubishi является датчик кислорода в выхлопных газах с линейным соотношением воздух-топливо. По сравнению со стандартными датчиками кислорода, которые по сути представляют собой двухпозиционные переключатели, настроенные на одно соотношение воздух/топливо, датчик обедненного кислорода представляет собой скорее измерительное устройство, охватывающее диапазон соотношения воздух/топливо от 15:1 до 26:1. [ 19 ]
Чтобы ускорить сгорание бедных смесей, которое в противном случае было бы медленным, в двигателе MVV используются два впускных клапана и один выпускной клапан на цилиндр. Отдельные впускные каналы специальной формы (конструкция с двумя впускными каналами) имеют одинаковый размер, но только один канал получает топливо из форсунки. Это создает два вертикальных вихря одинакового размера, силы и скорости вращения внутри камеры сгорания во время такта впуска: один вихрь воздуха, другой вихря топливовоздушной смеси. Два вихря также остаются независимыми слоями на протяжении большей части такта сжатия. [ 18 ] [ 19 ]
Ближе к концу такта сжатия слои разрушаются, образуя равномерные мельчайшие завихрения, которые эффективно способствуют сжиганию обедненной смеси. Что еще более важно, воспламенение происходит на начальных стадиях разрушения отдельных слоев, пока еще существуют значительные количества каждого слоя. Поскольку свеча зажигания расположена ближе к вихрю, состоящему из топливовоздушной смеси, воспламенение возникает в той части камеры сгорания пятистворчатой конструкции, где плотность топлива выше. Затем пламя распространяется по камере сгорания через небольшие завихрения. Это обеспечивает стабильное сгорание даже при нормальном уровне энергии зажигания, тем самым обеспечивая сжигание обедненной смеси. [ 18 ] [ 19 ]
Компьютер двигателя сохраняет оптимальные соотношения воздух-топливо для всех условий работы двигателя — от обедненной (для нормальной работы) до самой богатой (для резкого ускорения) и всех промежуточных значений. Полнодиапазонные кислородные датчики (используются впервые) предоставляют важную информацию, которая позволяет компьютерам правильно регулировать подачу топлива. [ 19 ]
Дизельные двигатели
[ редактировать ]Все дизельные двигатели можно считать обедненными по общему объему, однако топливо и воздух плохо смешиваются перед сгоранием. Большая часть сгорания происходит в богатых зонах вокруг мелких капель топлива. Локальное обогащенное сгорание является источником выбросов твердых частиц (ТЧ).
См. также
[ редактировать ]Сноски
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ [1] , aConseil Internationaldes Machines A Combustion - Paper.: 167 новых газовых двигателей - Конгресс CIMAC 2007, Вена.
- ^ «ПРЕКРАЩЕНИЕ B-67-1 о переводе двигателей на альтернативные виды топлива» (PDF) . www.ww2.arb.ca.gov . 23 февраля 2016 года . Проверено 14 августа 2024 г.
- ^ "91CivicHatch". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, сайт японских спецификаций автомобилей.
- ^ "95CivicHatch". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, сайт японских спецификаций автомобилей.
- ^ "95CivicSedan". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, сайт японских спецификаций автомобилей.
- ^ Перейти обратно: а б «Двигатель Toyota 4A-ELU» , сайт «240 достопримечательностей японской автомобильной техники».
- ^ «Технические характеристики Toyota Carina». Архивировано 15 декабря 2009 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, японский сайт спецификаций автомобилей.
- ^ "Toyota Corona Premio G". Архивировано 23 ноября 2010 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, сайт японских спецификаций автомобилей.
- ^ Перейти обратно: а б с «Тойота Карина» , auto.vl.ru японский сайт технических характеристик автомобилей
- ^ «Toyota Corona Premio» , auto.vl.ru, японский сайт технических характеристик автомобилей.
- ^ "Toyota Corona Premio G". Архивировано 2 июня 2004 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, японский сайт спецификаций автомобилей.
- ^ «Toyota Caldina» , auto.vl.ru, японский сайт технических характеристик автомобилей.
- ^ "Toyota Caldina". Архивировано 23 мая 2010 г. на Wayback Machine , веб-сайт Toyota NZ.
- ^ "Toyota Spacio" , веб-сайт Toyota NZ.
- ^ Перейти обратно: а б "Nissan Sunny". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, японский сайт технических характеристик автомобилей.
- ^ Перейти обратно: а б "Nissan Avenir". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, японский сайт технических характеристик автомобилей.
- ^ "Nissan Bluebird". Архивировано 15 августа 2011 г. на Wayback Machine , auto.vl.ru, японский сайт спецификаций автомобилей.
- ^ Перейти обратно: а б с «Технологии двигателей». Архивировано 25 января 2007 г. на сайте Wayback Machine , веб-сайт Mitsubishi Motors South Africa.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Honda не может продавать обедненную смесь в Калифорнии» , Джоэл Д. Пьетранджело и Роберт Брукс, Ward's Auto World , сентябрь 1991 г.