Контур лямбда-керування

Для того, щоб в системах, оснащених тільки трикомпонентним каталітичним нейтралізатором, підтримувався максимальний рівень перетворення всіх трьох токсичних компонентів ВГ, ці компоненти повинні знаходитися в хімічній рівновазі. Для цього необхідно забезпечувати склад робочої суміші із стехіометричним співвідношенням ( = 1,0). Тому «вікно», в якому повинно знаходитися співвідношення палива і повітря в суміші, дуже вузьке. Єдиним вирішенням такої проблеми є застосування замкнутого контуру управління для регулювання цього співвідношення в суміші. Розімкнений контур управління достатньої точності дозування палива не забезпечить. Двигуни з безпосереднім вприскуванням палива працюють на сумішах, склад яких відхиляється від стехіометричного співвідношення. Для регулювання складу робочих сумішей в цих системах може також використовуватися замкнутий контур управління.

6.5 Загальні відомості про системи турбонаддуву повітря

Серед відомих способів наддуву найбільш поширеним є турбонаддув з використанням енергії відпрацьованих газів. Цей спосіб робить можливим досягнення великого крутного моменту і потужності при відносно високому ККД навіть у двигунів з малим робочим об'ємом.

Якщо ще кілька років тому турбонаддув застосовувався, головним чином для підвищення такого показника як відношення потужності двигуна до його ваги, то в даний час, турбонаддув все частіше застосовується для збільшення максимального крутного моменту на малих і середніх оборотах колінчастого валу. Це відноситься, зокрема, до систем, що поєднують турбонаддув з електронним регулю-ванням тиску наддуву.

Двигун повинен розвивати високий крутний момент навіть на малих оборотах колінчастого валу, тому корпус турбіни конструюється з розрахунку на невеликий потік ВГ (наприклад, повне навантаження — при n ≤ 2000 об./хв.).

До основних елементів турбонагнітача, що приводиться в дію відпрацьованими газами (рис. 6.5), відносяться газова турбіна 3 і нагнітач (компресор) 1, робочі колеса яких розташовані на спільному валу 2. Гарячі відпрацьовані гази 7 (рис. 6.6) діють на лопаті газової турбіни 4, надаючи їй швидкий обертальний рух (до 250 000 об./хв.). Лопаті колеса турбіни направляють відпрацьовані гази до центру — на вихід з турбіни вздовж її осі. У компресорі, що обертається разом з колесом турбіни, відбувається зворотне. Свіже повітря 5 (рис. 6.6) поступає до центру компресора вздовж його осі і нагнітається при русі до периферії. Турбокомпресор розташований безпосередньо в потоці гарячих відпрацьованих газів і тому повинен виготовлятися з термостійких матеріалів.

1 - робоче колесо компресора; 2 – вал; 3 - газова турбіна; 4 - вхід потоку ВГ; 5 - вихід стиснутого повітря

Рисунок 6.5 – Будова системи подачі повітря

6.6 Типи конструкцій турбокомпресорів

6.6.1 Турбонагнітач з обхідним каналом

Для того, щоб працюючий турбонагнітач не перенавантажував двигун при великих потоках відпрацьованих газів, частину потоку відпрацьованих газів необхідно пропускати через обхідний канал 8 (рис. 6.6), в обхід турбіни у випускний тракт. Зазвичай в такому каналі, виконаному в корпусі турбіни, встановлюється заслінка. Ця заслінка приводиться в дію клапаном 6 регулювання тиску наддуву. Клапан через керуючу магістраль 2 пневматично пов'язаний з імпульсним клапаном 1, управляючи яким за допомогою електросигналів, блок управління двигуна регулює тиск наддуву. Датчик тиску наддуву поставляє блоку управління інформацію про фактичний тиск наддуву.

При дуже низькому тиску наддуву блок управління впливає на імпульсний клапан, так щоб в керуючій магістралі переважав низький тиск. Клапан регулювання тиску наддуву закриває заслінку в обхідному каналі і до турбіни прямує більший потік ВГ. При дуже високому тиску наддуву блок управління впливає на імпульсний клапан так, щоб в керуючій магістралі переважав підвищений тиск. Клапан регулювання тиску наддуву відкриває заслінку і частка ВГ, що протікають через турбіну, знижується.

6.6.2 Турбонагнітач із змінною геометрією турбіни

Турбіна із змінною геометрією надає ще одну можливість обмеження потоку ВГ при високих оборотах колінчастого валу (рис. 6.7). Такі нагнітачі широко застосовуються на дизелях. На двигунах з іскровим запаленням вони ще досить рідкісні внаслідок високих термічних навантажень, викликаних властивими цим двигунам гарячими потоками ВГ.

Регульовані направляючі лопаті 3 (рис. 6.7) змінюють поперечний перетин потоку ВГ і, тим самим, тиск газу у турбіні відповідно до необхідного тиску наддуву. На малих оборотах колінчастого валу вони забезпечують невелику площу поперечного січення отворів для проходу газу, так щоб потік ВГ розвивав в турбіні високу швидкість, розгоняючи її до високої частоти обертання (рис. 6.7 а).

1 - імпульсний клапан; 2 - пневматична магістраль; 3 – компресор; 4 - газова турбіна; 5 - вхід зовнішнього повітря (свіже повітря); 6 - клапан регулювання тиску наддуву; 7 - потік ВГ; 8 - заслінка в обхідному каналі; 9 - обхідний канал

┬┬┬ - керуючий сигнал для імпульсного клапана; Vt — об’ємна витрата ВГ, що проходять через турбіну; Vwg— об'ємна витрата ВГ, що проходять через обхідний канал; р2 — тиск наддуву; ро — тиск на діафрагму заслінки

Рисунок 6.6 – Будова турбокомпресора з обвідним каналом

1 - газова турбіна; 2 - регулююче кільце; 3 - лопатка напрямної; 4 - регулювальний важіль; 5 - барометричний датчик; 6 - потік ВГ

Рисунок 6.7 – Турбонагнітач із змінною геометрією турбіни: а - положення направляючих лопаток для отримання високого тиску наддуву; b - положення направляючих лопаток для отримання низького тиску наддуву

При високих оборотах колінчастого валу регульовані направляючі лопаті забезпечують збільшення поперечного перетину отворів для проходження ВГ, так щоб потік ВГ не розганяв газову турбіну до дуже високих швидкостей, тим самим обмежується тиск наддуву (рис. 6.7 б).

За рахунок повороту регулювального кільця 2 можна добитися зміни кута установки направляючих лопаток. При цьому лопатки регулюються або окремими, встановленими на лопатках, важелями 4, або кулачками. Поворот регулювального кільця здійснюється пневматичним способом за рахунок пониження або підвищення тиску за допомогою барометричного датчика 5. Регулювання цього виконавчого ме-ханізму здійснює система управління двигуном, завдяки чому можна встановити оптимальний тиск наддуву залежно від режиму роботи двигуна.

6.6.3 Турбонагнітач з керуючим золотником

Коректування роботи такого нагнітача відбувається завдяки послідовному відкриттю двох каналів (2 і 3, рис. 6.8) пропуску ВГ з використанням спеціального керуючого золотника 4.

Спочатку відкритий тільки один канал. Невелика площа поперечного січення цього каналу дозволяє отримувати високу швидкість проходження ВГ і, відповідно, високу частоту обертання вала турбіни 1. Досягнувши допустимого значення тиску наддуву керуючий золотник відкриває другий канал, отже відкритими стають обидва канали, а тому швидкість проходження ВГ і, тим самим, тиск наддуву знижуються.

При використанні виконаного у корпусі турбіни обхідного каналу 5 можливе перепускання частини ВГ в обхід турбіни. Управляє вказаним золотником блок управління двигуном через барометричний датчик.

1 - газова турбіна; 2 - перший канал проходу ВГ; 3 - другий канал проходу ВГ; 4 - регулюючий золотник; 5 - обхідний канал; 6 - вилка напрямної

Рисунок 6.8 – Турбонагнітач із керуючим золотником:

а - відкритий один канал проходу ВГ; b - відкрито обидва канали проходу ВГ

Дата добавления: 2015-08-13