Оптимизация регулировок основных систем двигателя, как способ снижения вредных выбросов

В настоящее время автопроизводители и поставщики проводят очень дорогие исследования и разработки для соблюдения действующих и перспективных норм токсичности ОГ. Чем жестче становятся требования законодательства, тем больше требуется затрат (в том числе технических) на их соблюдение. Достигнутые за последние годы успехи были отмечены «легко» реализуемыми возможностями. В будущем необходимо выбирать новые пути, что также включает в себя разработку новых методов организации процессов сгорания и новые решения в «старых» системах

Таблица №3 - Меры по уменьшению вредных выбросов у бензиновых двигателей

Возможность уменьшения вредных выбросов	Эффект, результат, примечание
Электронный впрыск бензина, адаптивные системы, регулирование крутящего момента двигателя	Самое точное дозирование топлива на всех режимах и при любых нагрузках с соблюдением окружающих условий (системы Motronic), системы OBD, использование системы E-Gas для двигателей с регулировкой крутящего момента
Непосредственный впрыск бензина (по стенке, в воздушном потоке, струйный)	возможны слишком бедные смеси в диапазоне частичной нагрузки отсутствие дроссельной заслонки богатая готовая к воспламенению смесь только на свече зажигания в целом смесь в камере сгорания бедная (GDI или FSI)
Конструкция камеры сгорания	· маленькие, компактные, куполообразные камеры сгорания · из-за большой турбулентности могут вырасти компрессия и тепловой КПД
Положение свечей зажигания	центральное положение свечей зажигания обеспечивает короткий путь пламени компрессия и тепловой КПД могут увеличиться без опасности детонации
Многоклапанная техника	предполагает компактные камеры сгорания и центральное положение свечей зажигания из-за большой турбулентности получается очень хорошее смешивание компрессия и тепловой КПД могут увеличиться без опасности детонации
Оптимизированная конструкция впускного коллектора (регулируемые системы всасывания)	использование эффекта наддува использование полностью регулируемых впускных коллекторов (напр. Multi Ram) создание целенаправленной турбулентности воздуха (завихрение)
Регулируемая геометрия турбины (VTG), регулируемая геометрия компрессора, ступенчатый наддув, регистровый наддув, сочетание механического наддува и турбонаддува	независимое от оборотов регулирование давления наддува наддув высокого давления при непосредственном впрыске топлива в настоящее время имеются проблемы с материалом из-за высокой температуры ОГ у бензиновых двигателей — до 1050°С возможны небольшие рабочие объемы с высокими мощностями и моментами, уменьшение размеров (напр. система TSI концерна VW)
Регулируемые фазы газораспределения (цель — избавиться от распределительного вала, но идея пока на стадии разработки)	рассматриваются электрические, электрогидравлические или электропневматические клапанные приводы без распределительного вала на низких оборотах топливо не попадает в систему выпуска, из-за чего снижается выброс углеводородов на высоких оборотах ОГ могут оставаться в цилиндре и из-за этой внутренней рециркуляции ОГ могут снизиться выбросы оксидов азота возможно управление наполнением без дроссельной заслонки с регулировкой хода клапана (напр. Valvetronic у BMW) оптимальное наполнение во всех диапазонах нагрузок и оборотов
Отключение цилиндров или регулируемое сжатие	повышение КПД каждого цилиндра более оптимальное адаптирование к текущим оборотам и нагрузкам двигателя использование эксцентрично расположенных коленвалов концепция SVC концерна Saab со степенью сжатия 8:1-14:1
Подача воздуха в ОГ незадолго до или сразу после их выхода из цилиндра (система впуска добавочного воздуха)	реализация термического дожига в выпускной трубе СН и СО окисляются при температурах выше 600°С, в результате получаются СO2 и Н2O в фазе холодного запуска катализатор быстрее нагревается до рабочей температуры
Рециркуляция ОГ (внутренняя, внешняя, с охлаждением)	отработавшие газы относятся к инертным (негорючим) газам снижается пиковая температура в камере сгорания и, соответственно, условие образования оксидов азота снижается также заполнение цилиндров свежей порцией смеси макс, процент рециркуляции ОГ10 — 15 % у бензиновых двигателей, 30-50% у дизельных двигателей и до 30% у бензиновых двигателей с непосредственным впрыском бензина более высокий процент — до 70% — теоретически возможен в определенных рабочих точках самовоспламенение от ОГ при методе САI
Сокращение фазы прогрева, охлаждение с программным управлением, термоуправление	предотвращение масляного и водяного охлаждения в фазе прогрева снижение выбросов СО, СН и расхода топлива использование насосов охлаждающей жидкости с электроприводом катализатор быстрее нагревается до рабочей температуры электронный термостат и насос охлаждающей жидкости с электроприводом электронное термоуправление охлаждением
Система зажигания с программным управлением, регулирование детонации и более оптимальное регулирование угла опережения зажигания, регулируемые зазоры между электродами свечей, лазерное зажигание или многократное зажигание	стабильно высокий уровень энергии искры при любых нагрузках и оборотах, нет износа оптимальный момент зажигания для всех возможных режимов работы с регулировкой детонации компрессия и КПД могут повыситься без риска повреждения двигателя вплоть до физико-технических пределов смещение угла зажигания в фазе прогрева в сторону более «позднего» для повышения температуры ОГ и нагрева катализатора очень большая энергия зажигания у новых систем
Уменьшение внутреннего трения в двигателе и потерь во вспомогательных агрегатах	новые материалы — напр. керамические клапаны, углеродные поршни, новые технологии нанесения покрытий на гильзы цилиндров и пр. подключаемые вспомогательные агрегаты, такие как сервонасосы и насосы охлаждающей жидкости
Снижение оборотов за счет 5- или 6-ступенчатой КПП или АКПП (также бесступенчатой АКПП)	снижение трения в двигателе потребление мощности вспомогательными агрегатами падает достижение одинакового момента при меньших оборотах
Системы Start-Stop, система прямого пуска	прерывание подачи топлива при выключенном двигателе прямой запуск путем поджигания смеси в камере сгорания и щадящее использование механической и электрической систем запуска
Новые методы организации процесса сгорания, такие как контролируемое самовоспламенение (CAI); (HCCI)	однородное поджигание смеси в диапазоне частичной нагрузки горячими ОГ или горячим воздухом в камере сгорания однородное самовоспламенение смеси
Различные системы катализаторов	каталитическое дожигание и преобразование вредных веществ в неядовитые компоненты

В таблице показаны некоторые технические меры по снижению расхода топлива и выбросов вредных веществ для бензиновых двигателей, уже выпускаемых серийно или разрабатываемых для серийного выпуска. Зачастую прогресс в снижении расхода топлива и выбросов вредных веществ при работе двигателей дают только комбинации различных мер.