Новости

Nov 15, 2023

EGR, впрыск вторичного воздуха и управление выбросами

Идеальный автомобиль внутреннего сгорания сможет вместить точное количество

Идеальный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания сможет подавать точное количество топлива и воздуха в камеру сгорания в нужный момент.

Если бы произошло идеальное сгорание, вы бы не получили ничего, кроме воды и углекислого газа в качестве побочных продуктов, в результате чего не осталось бы несгоревшего топлива или кислорода. Горение будет происходить при правильной температуре, поэтому оксиды («гиперактивный» кислород, активируемый более высокими температурами) не будут соединяться с азотом и углеродом с образованием оксидов азота (NOx) и монооксида углерода (CO). Этому идеальному автомобилю не понадобится каталитический нейтрализатор или какое-либо другое устройство контроля выбросов.

Что нужно, чтобы это произошло? Непосредственный впрыск в камеру сгорания — хорошее начало. Вам также понадобится идеальная камера сгорания без горячих точек – зон нежелательной турбулентности или накопления углерода.

Но самый важный ингредиент, который вам понадобится, — это компьютер управления двигателем и датчики, которые могут точно измерять воздух и топливо, чтобы рассчитать наилучший момент зажигания и оптимальное сгорание. Это потребует вычислительной мощности суперкомпьютера для выполнения миллионов вычислений, которые будут постоянно меняться в зависимости от скорости двигателя и нагрузки.

У нас нет этой технологии, но с каждым годом конструкции камер сгорания становятся лучше, компьютеры двигателей совершенствуются, а датчики становятся более чувствительными.

В то же время у нас есть системы рециркуляции выхлопных газов (EGR), впрыск вторичного воздуха и каталитические нейтрализаторы для снижения выбросов.

Эти системы подают небольшое количество инертного газа в камеру сгорания для контроля температуры. Поскольку выхлопные газы обычно не горят, это снижает температуру сгорания и снижает выбросы NOx из двигателя.

Когда все в камере сгорания нагревается до температуры около 1300°C или 2500°F, кислород и азот начинают соединяться друг с другом и образуют NOx и CO.

Подавая выхлопные газы в камеру сгорания, топливовоздушная смесь разбавляется инертными выхлопными газами. Это замедляет процесс сгорания и снижает температуру сгорания до уровня, при котором NOx не образуется.

В отличие от старых систем EGR, современные системы EGR работают постоянно, а не только во время замедления или закрытой дроссельной заслонки. Помните об этом, пытаясь решить проблему потери мощности или спотыкания.

Новые автомобили с регулируемыми фазами газораспределения как на выпускном, так и на впускном распредвалах могут регулировать фазу газораспределения таким образом, чтобы небольшое количество выхлопных газов всасывалось обратно в камеру во время такта впуска.

Системы впрыска вторичного воздуха нагнетают наружный воздух в поток выхлопных газов, чтобы можно было сжечь несгоревшее топливо. Ранние системы имели воздушный насос с ременным приводом. Новые аспирационные системы используют вакуум, создаваемый импульсом выхлопа, для втягивания воздуха в трубу. В новейших системах для нагнетания воздуха используется электродвигатель. Эти системы имеют решающее значение для срока службы каталитического нейтрализатора.

Системы электродвигателей можно найти на многих новых автомобилях, таких как серия GM LS, Toyota V8 и Ford 3.8L V6 с выбросами в Калифорнии. Эти системы обычно активны в течение первых 20–120 секунд работы двигателя, нагнетая воздух вниз по потоку в выпускные коллекторы для окисления углеводородов и угарного газа, образующихся в результате обогащения двигателя при запуске. Это может значительно сократить время зажигания предкатализаторов. Система впрыскивает правильное количество воздуха, используя такие входные данные, как температура охлаждающей жидкости, температура воздуха и датчики кислорода.

Каталитическому нейтрализатору необходимы два элемента, обеспечиваемые системой рециркуляции отработавших газов и системами впрыска воздуха: необходимая температура для снижения выбросов NOx и кислород для сжигания углеводородов. В идеальных условиях трехкомпонентный катализатор может снизить выбросы NOx на 50–95 процентов и 99,9 процентов несгоревшего топлива.

Это последняя остановка для загрязняющих веществ, и, если система выбросов выше по течению будет скомпрометирована, она может компенсировать лишь ограниченную часть, прежде чем выбросы из выхлопной трубы увеличатся.

Чтобы правильно диагностировать автомобиль с высоким уровнем выбросов, вы должны смотреть на него как инженер, рассматривающий всю систему, от воздухозаборника до выхлопной трубы. При проектировании транспортного средства оно должно соответствовать установленному уровню выбросов. Для этого команда инженеров сбалансирует системы и заставит их работать гармонично, чтобы цена была доступной.