Система рециркуляции отработавших газов при непосредственном впрыске бензина

Система рециркуляции отработавших га­зов используется также для снижения эмиссии оксидов азота и расхода топлива в двигателях с непосредственным впрыском бензина. Действительно, использование этой системы совершенно необходимо, по­скольку эмиссия NO_x при работе на бедной смеси может быть снижена в такой сте­пени, что можно обойтись без других спо­собов снижения токсичности выбросов (например, применение каталитического нейтрализатора аккумуляторного типа для снижения эмиссии оксидов азота при ра­боте на богатой гомогенной смеси). Ис­пользование системы рециркуляции отра­ботавших газов благоприятно влияет также на уменьшение расхода топлива.

Рис.6

1-Впуск свежего воздуха 2-Дроссельная заслонка 3-Рециркуляция части отработавших газов 4-Электронный блок управле­ния двигателя 5-Клапан системы рециркуляции 6-Отработавшие газы 7-Частота враще­ния двигателя 8-Относительный заряд воздуха

Для того чтобы отработавший газ через кла­пан системы рециркуляции мог поступать во впускной коллектор, между ним и выпус­кным трубопроводом должен быть перепад давлений. Однако двигатели с непосредс­твенным впрыском бензина на режимах час­тичных нагрузок работают с практически полным открытием дросселя. Более того, при работе на бедных смесях через клапан EGR во впускной коллектор поступает зна­чительное количество кислорода. Работа двигателя практически без дроссе­лирования и поступление кислорода во впускной коллектор через клапан системы рециркуляции требует определённой стра­тегии управления, которая могла бы коор­динировать работу дроссельной заслонки и клапана системы рециркуляции. Это предъявляет жёсткие требования к системе рециркуляции отработавших газов в отно­шении точности и надёжности работы. Система должна быть достаточно устойчи­вой, чтобы противостоять отложениям, которые накапливаются в компонентах системы выпуска при низких температурах отработавших газов.

Динамический наддув

Величина крутящего момента двигателя приблизительно пропорциональна содер­жанию свежей смеси в заряде цилиндров. Это означает, что максимальный крутящий момент может быть в некоторой степени увеличен сжатием воздуха перед поступле­нием его в цилиндры. На процессы газообмена влияют не только фазы газораспределения, но также конс­трукция трубопроводов(каналов) впуска и выпуска. Работа поршня на такте впуска при открытом впускном клапане вызывает обратную волну давления. На открытом конце впускного коллектора волна давле­ния встречается с неподвижным воздухом окружающей среды, отражается от него и снова направляется к впускному клапану. Возникающие в результате колебания дав­ления у впускного клапана могут быть ис­пользованы для увеличения свежего воз­душного заряда и, следовательно, достиже­ния максимально возможного крутящего момента.

Такой эффект наддува определяется дина­мической характеристикой воздуха на впуске. Во впускном коллекторе динамичес­кий эффект зависит от геометрических со­отношений и частоты вращения двигателя.

Для равномерного распределения топливовоздушной смеси впускные коллекторы карбюраторных двигателей и двигателей с одноточечным впрыском топлива (TBI) должны иметь короткие впускные пат­рубки, которые, насколько это возможно, должны быть одинаковой длины для всех цилиндров. В системах многоточечного впрыска (MPI) топливо впрыскивается или во впускной коллектор вблизи впускного клапана, или непосредственно в камеру сгорания (непосредственный впрыск бен­зина). В системах многоточечного впрыска, поскольку во впускном коллекторе дви­жется только воздух, и на его стенках прак­тически не оседает топливо, обеспечива­ется широкий диапазон конструктивных решений для впускного коллектора. По этой причине в системах многоточечного впрыска отсутствуют проблемы с равно­мерным распределением топлива.

Инерционный наддув

Впускные коллекторы в системах многото­чечного впрыска топлива включают в себя индивидуальные впускные патрубки и об­щую камеру (ресивер).

Рис.7

1-Цилиндр 2-Индивидуаль­ный впускной патрубок 3-Камера впуск­ного коллектора

4-Дроссельная заслонка

В случае инерционного наддува (рис. 7) каждый цилиндр имеет свой собственный пусковой патрубок 2 определенной длины который обычно соединяется с камерой впускного коллектора 3. В такой конструк­ции волны сжатия могут независимо рас­пространяться по индивидуальным впуск­ным патрубкам.

Эффект наддува зависит от геометрии впускного коллектора и частоты вращения двигателя. По этой причине длина и диа­метр индивидуальных впускных патрубков согласуются с фазами газораспределения таким образом, чтобы в данном диапазоне частоты вращения волна давления, отра­жённая на конце патрубка, могла входить в цилиндр 1 через открытый впускной кла­пан, обеспечивая тем самым лучшее напол­нение цилиндра. Длинные и узкие впуск­ные патрубки дают заметный эффект над­дува на низкой частоте вращения. С другой стороны, короткие, большого диаметра впускные патрубки, обеспечивают улучше­ние характеристики крутящего момента при высоких значениях частоты вращения двигателя.

Резонансный наддув

При определённой частоте вращения дви­гателя возвратно-поступательное движе­ние поршня вызывает резонансные коле­бания воздушного столба во впускном кол­лекторе, что приводит к повышению давления и дополнительному эффекту над­дува. При настройке впускной системы (рис. 9) группы цилиндров 1 с одинако­выми углами опережения зажигания и ко­роткими патрубками 2 соединяются с резонансными камерами 3, которые в свою оче­редь через настроенные впускные патрубки 4 соединяются или с атмосферой, или с ка­мерой 5 впускного коллектора. В резуль­тате они действуют как резонаторы Гельм-гольца.

Рис.8

1-Цилиндры 2-Короткий впуск­ной патрубок 3-Резонансная камера 4-Резонансный впускной патрубок 5-Камера впуск­ного коллектора 6-Дроссельная заслонка

А -Группа цилиндров А, В-Группа цилиндров В

Подразделение на две группы цилиндров, каждая из которых со своей настройкой впускных патрубков, предотвращает пере­крытие потоков двух соседних по порядку работы (зажигания) цилиндров. Длина настроенных (резонансных) впуск­ных патрубков и объём резонансной ка­меры являются функциями диапазона час­тоты вращения, в котором эффект резо­нансного наддува должен быть максимальным. Однако эффект аккумули­рования в камерах с большими объёмами, которые иногда требуются, в некоторых случаях при резких изменениях нагрузки может приводить к динамическим сбоям.