Motronic: описание рабочих режимов

Сообщение

Регулирование давления наддува

Газотурбинный наддув

Из всех известных способов наддува у двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием наибольшее распространение получил газотурбинный наддув по сравнению с волновым или механическим. Турбокомпрессор позволяет достигать даже у двигатели с малым рабочим объёмом цилиндров обеспечивают высокие крутящие моменты и мощности при хороших коэффициентах полезного действия. По сравнению с двигателями со свободным впуском сравнимой мощности турбодвигатели имеют меньший габаритный объем и удельный вес.

Проведённые в автомобилестроении исследования показали, что при одинаковых ездовых показателях турбодвигатель с малым рабочим объёмом и электронным регулированием давления наддува демонстрирует такую же экономию топлива, как и дизельные двигатели с разделённой камерой.

Конструкция турбокомпрессора включает компрессор и турбину, работающую от отработавших газов и расположенных на общем валу. Турбина преобразует часть энергии отработавших газов во вращательную энергии отработавших газов во вращательную энергию и приводит в движение компрессор, который всасывает свежий воздух и нагнетает сжатый воздух через охладитель и дроссельную заслонку во впускную трубу к двигателю.

Исполнительный элемент системы управления газотурбинным наддувом

Двигатели легковых автомобилей должны при низких оборотах достигать высокого крутящего момента, поэтому корпус турбины рассчитан на малый массовый объём отработавших газов, например для режима полной нагрузки Сn=2000мин−1.

Чтобы большой массовый поток отработавших газов не перегружал двигатель, необходимо в этой зоне произвести отвод части потока мимо турбины через байпас Waste-Gate в систему выпуска отработавших газов. Обычно этот байпасный клапан в форме заслонки интегрируется в корпус турбины. Реже применяется тарельчатая форма клапана в отдельном корпусе параллельно турбине. Варьируемая турбинная геометрия ещё не применялась в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, но её можно комбинировать с регулированием давления наддува (Рис. 11).

: Исполнительный элемент системы управления газотурбинным наддувом; Screenshot_53.jpg (84.32 КБ) 1565 просмотров

Регулирование давления наддува

При пневмомеханической регулировке исполнительный элемент турбокомпрессора увязывается прямо с давлением наддува у выходного отверстия компрессора. При этом имеется только ограниченный выбор характеристики протекания крутящего момента по частоте вращения двигателя. По нагрузке определяется только ограничение полной нагрузки. Допуски на степень наддува при полной нагрузке не могут быть использованы полностью. При частичной нагрузке закрытый байпасный клапан ухудшает коэффициент полезного действия. Ускорение с низких частот вращения может вызвать замедленную реакцию турбокомпрессора (провал). Эти недостатки можно устранить электронным регулированием давления наддува можно устранить недостатки пневмомеханической системы. В определённых зонах частичных нагрузок достигается снижение удельного расхода топлива за счёт открывания байпасного клапана, что приводит к следующим последствиям:

снижение потерь на выпуске двигателя и мощности турбины,

снижение давления и температуры на выходе компрессора,

уменьшение перепада давления на дроссельной заслонке.

Также улучшается линейность характеристики крутящего момента в зависимости от угла поворота дроссельной заслонки, обеспечивая более точное дозирование мощности педалью акселератора. Для реализации этих преимуществ требуется оптимальный подбор турбокомпрессора с исполнительным механизмом в соответствии с характеристиками двигателя. Компоненты исполнительного механизма:

электропневматический тактовый клапан,

эффективная поверхность мембраны, ход и пружина мембранной камеры,

сечение клапанной тарелки или заслонки байпасного клапана.

В системе Motornic с электронным регулированием наддува используются заданные параметры давления, воздушного объёма или массы, которые определяются датчиком нагрузки. Эти параметры программируются в таблице характеристик в зависимости от частоты вращения двигателя и угла поворота дроссельной заслонки. Контур регулирования вычисляет разность между заданной и фактической величинами, а выходной сигнал регулятора (в форме широтно-импульсной модуляции) подаётся на тактовый клапан. В исполнительном элементе этот сигнал преобразуется в изменение регулировочного давления и хода штока, что приводит к корректировке поперечного сечения байпаса.

У турбодвигателя температура отработавших газов между двигателем и турбиной ной не должна превышать определённой величины. Поэтому фирма Бош применяет регулирование давления наддува только во взаимосвязи с детонационным регулированием. Потому что только детонационное регулирование даёт возможность всё время эксплуатации двигателя работать с возможно ранним моментом зажигания. Этот оптимальный для каждой рабочей точки двигателя момент зажигания обеспечивает низкую температуру отработавших газов. Дальнейшее более значительное понижение температуры отработавших газов возможно при воздействии на давление наддува и/или топливовоздушную смесь.

Сообщение

Ограничение частоты вращения и скорости

Чрезмерно высокие обороты могут привести к разрушению двигателя (клапанный механизм, поршень). За счёт ограничения частоты вращения предотвращается превышение максимально допустимой частоты вращения двигателя.
Система Motronic даёт возможность ограничения частоты вращения и скорости за счёт прерывания впрыска топлива. При превышении максимально допустимой частоты вращения n0, а также максимальной скорости подавляются импульсы впрыска. Так ограничиваются эти параметры. При достижении нижней уставки вновь происходит включение впрыска.
Это происходит в виде колебаний в рамках допустимого диапазона около заданной максимальной допустимой частоты вращения двигателя. Водитель замечает ограничение частоты вращения по снижению комфорта при езде и вынужден соответственно реагировать. Рис. 12 показывает характеристику частоты вращения при активном ограничении частоты вращения.

: Motronic - Ограничение частоты вращения и скорости; Screenshot_54.jpg (73.95 КБ) 1564 просмотра

Сообщение

Рециркуляция отработавших газов

В период перекрытия клапанов определённое количество остаточных газов переходит из камеры сгорания во впускную трубу. При последующем процессе впуска дополнительно к свежему воздуху всасывается некоторое количество остаточных газов.
Это количество однозначно определено перекрытием клапанов в рабочей точке двигателя.
Изменение количества остаточных газов возможно с помощью возврата отработавших газов снаружи с помощью регулируемого системой Motronic клапана рециркуляции или при помощи смещения фазы поворота распределительного вала (рис. 13).

: Motronic: Рециркуляция отработавших газов; Screenshot_56.jpg (154.33 КБ) 1563 просмотра

Увеличение доли остаточных газов до определённой степени может иметь положительное влияние на преобразование энергии и тем самым на расход топлива. Увеличение доли остаточных газов ведёт к уменьшению максимальной температуры сгорания, следствием чего является снижение эмиссии окислов азота. Одновременно увеличение доли остаточных газов сверх определённой величины приводит к неполному сгоранию, и тем самым к увеличению выбросов углеводородных эмиссий, расхода топлива и нестабильному вращению двигателя (рис.14).

: Влияние доли остаточных газов на расход топлива; Screenshot_55.jpg (158.46 КБ) 1563 просмотра

Сообщение

Регулировка фаз газораспределения

Регулировка фаз газораспределения может иметь многопараметровое влияние на показатели двигателя:

– увеличение крутящего момента и мощности, снижение эмиссий отработавших газов и расхода топлива,

– регулировка заряда смеси,

– ступенчатое или бесступенчатое регулирование впуска и выпуска.

Момент закрывания впускного клапана является главным для максимального наполнения цилиндра в зависимости от частоты вращения. При раннем закрывании впускного клапана максимум расхода воздуха находится в нижнем диапазоне частот вращения, при позднем закрывании он передвигается в диапазон повышенных частот вращения.
Фаза, в течение которой оба клапана перекрываются по времени (фазы „впуск открываются“ и „выпуск закрывается“ перекрываются) определяет внутренний возврат остаточных газов.
Продление открытия клапана слишком ранним смещением момента открывания впуска ведёт к увеличению доли остаточных газов, так как увеличивается вытолкнутая во впускную трубу и вновь засосанная масса остаточных газов.
Тем самым при том же положении дроссельной заслонки уменьшается масса свежего воздуха; дроссельная заслонка должна открываться на больший угол для такого же нагрузочного момента. Возникшее из-за „раздросселирования“ (снижение дроссельного влияния) уменьшение петли газообмена улучшает коэффициент полезного действия, т.е. снижает расход топлива.
Смещение фазы открывания впуска в позднем направлении снижает долю остаточных газов.
При этом достигается заметное улучшение на холостом ходу токсичности отработавших газов и плавности хода.

Проворот распределительного вала

Гидравлические и электрические исполнительные элементы проворачивают в зависимости от частоты вращения двигателя или рабочей точки соответствующий распределительный вал (для процесса его поворота необходимо иметь в головке цилиндра два распределительных вала; один для впуска, другой для выпуска) и изменяют этим фазы „впуск/выпуск открыт“ или „впуск/выпуск закрыт“ (рис. 15).
Если исполнительный механизм повернет впускной распределительный вал на режиме холостого хода или высоких частот вращения в сторону поздней фазы впуска, то в результате на холостом ходу доля остаточных газов уменьшается, а при высоких частотах вращения расход воздуха увеличивается.
При низких до средних частотах вращения или определённых диапазонах частичных нагрузок поворот впускного распределительного вала в направлении ранней фазы впуска ведёт к увеличенному максимальному расходу воздуха. Одновременно это ведёт в диапазонах частичной нагрузки к увеличению доли остаточных газов со связанным с этим влияниям на расход топлива и эмиссии ОГ.

Переключение кулачков

При переключении кулачков меняются фазы газораспределения вследствие различных форм кулачков. Первый кулачок даёт оптимальные фазы и подъём впускного и выпускного клапанов для малых и средних частот вращения. Второй кулачок задает повышенный ход клапанов и их продлённое открытие. Он включается за счёт соединения ранее свободных рычагов с основными клапанными рычагами в зависимости от частоты вращения (рис 16). Оптимальным, но сложным является способ бесступенчатого изменения фаз открытия и хода клапанов. При этом способе пространственный кулачковый профиль и продольно смещаемый распределительный вал обеспечивают наибольший выбор оптимальных условий для двигателя (рис. 17).

: Смещение впускного распределительного вала.; Screenshot_57.jpg (81.14 КБ) 1562 просмотра

: Безступенчатое изменение фаз открытия и хода клапанов.; Screenshot_58.jpg (229.56 КБ) 1562 просмотра

Сообщение

Изменение формы впускного коллектора

Целью концепции двигателя является как достижение наивысшего крутящего момента при низких частотах вращения, так и высокая номинальная мощность при максимальной частоте вращения. Значение крутящего момента двигателя пропорционально поступившей массе воздуха, отнесенной к частоте вращения.

Одним из вспомогательных средств влияния на крутящий момент является геометрическая форма впускной трубы. Самый простой вид наддува заключается в использовании динамики поступающего воздуха. Впускные трубы под карбюратор или центральный впрыск (Mono-Jetronic) требуют для равномерного распределения топливовоздушной смеси коротких труб желательно одинаковой длины.

Впускные трубы для систем многоточечного впрыска транспортируют только воздух; топливо впрыскивается перед впускным клапаном. Это даёт больше возможностей для формирования впускной трубы. Стандартные впускные трубы системы многоточечного впрыска состоят из отдельных пульсационных труб и рессивера с дроссельной заслонкой. При этом имеет место:

Короткие пульсационные трубы дают возможность получения высокой номинальной мощности с одновременными потерями крутящего момента при низких частотах вращения, длинные трубы показывают противоположные свойства.

Большой объём рессивера частично создает резонансные эффекты в определённом диапазоне частот вращения, которые приводят к улучшению наполнения. Однако они имеют как следствие динамические недостатки, например отклонения в составе смеси при быстром изменении нагрузки.

Почти идеальное протекание крутящего момента обеспечивает переключение впускной трубы, при котором, например, в зависимости от нагрузки двигателя, частоты вращения и положения дроссельной заслонки возможны вариации:

– длины пульсационной трубы,

– переключение между пульсационными трубами различной длины или диаметра,

– выборочное отключение отдельной трубы одного цилиндра при наличии большого их количества,

– переключение объёма рессивера.

Пульсационный наддув

Каждый цилиндр оснащён отдельной трубой определённой длины, которая обычно соединяется с рессивером. Энергетический баланс отличается тем, что работа всасывания поршня пробразуется в кинетическую энергию газового потока перед впускным клапаном, а она – в работу сжатия свежего заряда.

Резонансный наддув

При резонасном наддуве группы цилиндров с одинаковым интервалом вспышек присоединяют короткими трубами к резонансным рессиверам, которые через резонансные трубы соединяются с атмосферой или же со сборным рессивером, действующим в качестве резонатора Гельмпольца (рис. 18).

: Пульсационный наддув, Резонансный наддув,; Screenshot_60.jpg (140.15 КБ) 1561 просмотр

Переключаемые впускные системы

Обе системы динамического наддува повышают наполнение, особенно при малых частотах вращения.
Для переключения используются заслонки, которые разделяют относящиеся к группам цилиндров зоны или соединяют их (рис 19).
Регулируемая длина впускной трубы работает с первым объёмным резонатором на малых частотах вращения. При высоких оборотах она изменяется, производя открывание второго резонатора (рис. 20).

: Переключаемые впускные системы; Screenshot_61.jpg (296.41 КБ) 1561 просмотр