 |
Кислородонасыщенные топлива
|
|
|
|
Законодатели и промышленность ведут работу над созданием различных альтернативных
видов топлива, которые должны частично или полностью заменить бензин. Рассматривается
возможность использования этанола, метанола, сжатых газов и бензина улучшенного состава. Насыщенное кислородом топливо содержит в себе кислородосодержащие компоненты (эфиры или спирты). В настоящее время для промышленного использования в качестве оксигенизаторов пригодны лишь этанол, метанол и трибутилметиловый эфир (MTBE). Эти компоненты увеличивают содержание кислорода в рабочей смеси и искусственно обедняют её, что способствует более полному сгоранию и уменьшению СН в ОГ. Бензин является углеводородом (то есть, состоит из углерода и водорода), тогда как
оксигенизаторы состоят из углерода, водорода и кислорода (откуда и название). В настоящее время используются три вида оксигенизаторов: метил, трибутилметиловый эфир (MTBE) и трибутилэтиловый эфир (ETBE). В прошлом спирты и эфиры использовались в основном для повышения ОЧ бензина. В настоящее время внимание сосредоточено на экологических показателях двигателя. Использование оксигенизаторов регулируется Агентством по охране окружающей среды. Количество добавляемых в бензин оксигенизаторов нормируется так, чтобы они не вызывали отказов топливной системы, ведущих к увеличению выброса вредных веществ. Закон запрещает добавлять в бензин больше 10% этанола, 5% метанола или 15% MTBE.
Типы оксигенизаторов
Этанол широко используется в некоторых штатах. Как и прочие оксигенизаторы, этанол в качестве присадки к бензину улучшает сгорание топлива и уменьшает выброс СН. Этанол и метанол являются спиртами, но их характеристики сильно отличаются. Этанол более водостоек, менее агрессивен по отношению к компонентам топливной системы и содержит меньше кислорода, чем метанол. Весовое содержание кислорода в смеси, содержащей 10%
|
|
|
этанола, составляет 3,5%. В качестве присадки для повышения ОЧ бензина метанол используется с более тяжёлыми сорастворимыми спиртами. Метанол состоит на 50% из кислорода, поэтому бензин с добавкой 5% метанола будет содержать 2,5% кислорода. Это может существенно изменить состав рабочей смеси. Метанол менее стоек к воздействию воды и потому должен использоваться в смеси с другими сорастворимыми спиртами. Метанол более агрессивен, чем другие спирты. Топливо, где содержится более 5% метанола, может причинить вред автомобилю. Такое топливо может вызвать коррозию металлических компонентов топливной системы и повредить детали из пластмассы и резины.
MTBE производится при помощи химической реакции между метанолом и изобутиленом. Преобразование метанола в MTBE устраняет неприятности, связанные с использованием метанола. К преимуществам МТВЕ относится его более низкая чувствительность к воде в сравнении с другими спиртами и то, что он не увеличивает летучести большинства сортов бензина. Практически все основные производители топлива используют MTBE для выпуска хотя бы части своего бензина. Законом разрешено добавлять до 15% МТВЕ (по объёму), однако обычно добавляется от 6% до 8%, если только местное законодательство не диктует
использования большего количества. При максимально разрешенном количестве МТВЕ в бензине ОЧ увеличивается на 3 единицы. При содержании 15% объёма МТВЕ весовое содержание кислорода равно 2,7%, что заметно снижает выброс СО.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
|
|
|
Системы зажигания
В последние годы системы зажигания претерпели значительные изменения. От систем зажигания с распределителем и прерывателем, которые имели механический привод, производители перешли к электронным бесконтактным системам. Эти перемены явились следствием ужесточения требований к экономичности двигателя, к его компоновке и изменения конструкции двигателей. Тенденция к переходу на использование более бедных рабочих смесей потребовала увеличения напряжения в высоковольтной цепи. В современных системах зажигания напряжение может превышать 35 000 В. В тоже время, новые системы, в отличие от механических, практически не требуют обслуживания.
В этой главе будут рассмотрены различные типы современных систем зажигания. Будут описаны те компоненты и их работа, которые наиболее широко используются на автомобилях GM.
Принцип работы
Система зажигания состоит из трёх основных функциональных компонентов.
• Первичная цепь
• Схема прерывания
• Вторичная цепь
Первичная цепь это цепь низкого напряжения. В её состав входят выключатель зажигания,
первичная обмотка катушки зажигания, устройство прерывания цепи и сопутствующие провода с разъёмами. Все системы зажигания нуждаются в устройстве прерывания цепи первичной обмотки катушки зажигания. Срабатывание этого устройства должно вызываться неким сигналом, поступающим в контроллер зажигания или в блок РСМ. Таким сигналом может быть сигнал положения коленчатого вала или сигналы, поступающие от РСМ на контроллер зажигания. Вторичная цепь системы зажигания является цепью высокого напряжения (до 100 000 В). В состав этой цепи входят: Катушка (катушки) зажигания, провода высокого напряжения и свечи зажигания. В традиционных системах зажигания в состав вторичной цепи входит ещё крышка распределителя зажигания и ротор распределителя.
|
|
|
Рис. 28. Принципиальная схема системы зажигания
Ток, протекающий по первичной обмотке, создаёт магнитное поле, в котором находится вторичная обмотка, которая намотана на общий стальной сердечник. Когда ток в первичной обмотке прерывается, магнитное поле резко уменьшается и во вторичной обмотке наводится ток индукции. Любая система зажигания нуждается в устройстве, которое могло бы включать и выключать катушку зажигания. В электронных системах зажигания для этого используется транзисторный выключатель, расположенный в контроллере системы зажигания. В настоящее время используется несколько типов прерывателей. Подробно они будут рассмотрены несколько позже.
- Принцип взаимоиндукции -
Первичная и вторичная обмотки намотаны на общий стальной сердечник. Ток, проте-кающий в первичной обмотке, создаёт магнитное поле, в котором находится и вторичная обмотка. Когда ток в первичной обмотке прерывается, магнитное поле резко уменьшается и во вторичной обмотке наводится ток индукции.
Рис.29. Основные принципы индукции.
Обмотка является главным компонентом вторичной цепи. В ней вырабатывается высокое
напряжение, способное пробить вторичную цепь. Катушка зажигания питается бортовым
напряжением 12-14 В. и трансформирует его в гораздо более высокое напряжение. В этих системах зажигания необходимое значение высокого напряжения может варьироваться от 6000 В (6 кВ) до 35000 В (35 кВ). Катушка зажигания представляет собой повышающий трансформатор и может увеличивать напряжение примерно в 1000 раз.
Значение вторичного напряжения зависит от нескольких факторов. Во-первых, от силы тока в первичной обмотке. Чем больше сила тока, тем сильнее образованное магнитное поле. Во-вторых, от количества витков во вторичной обмотке. Чем больше в ней витков, тем выше напряжение. В-третьих, ток в первичной обмотке регулируется одним (система DI), двумя (система EI, четырёхцилиндровый двигатель), тремя (система EI, шестицилиндровый двигатель) или четырьмя (система Northstar) транзисторами, расположенными в контроллере системы зажигания. Транзисторы включают цепь массы» первичной обмотки. Момент и последовательность работы этих транзисторов определяют несколько управляющих схем в контроллере и внешние датчики опорного (запускающего) сигнала.
|
|
|
Использование транзисторных выключателей делает возможным очень резкое выключение тока. Контроллер системы зажигания определяет силу и продолжительность протекания тока по первичной обмотке. Сопротивление первичной обмотки может быть менее 1 ом. Если на обмотку подать напряжение 14 В, то сила тока может достичь 14 А. Низкое сопротивление и большая сила тока помогают уменьшить время магнитного насыщения. Однако, сила тока должна быть снижена до 8,5-10 а., чтобы избежать повреждения компонентов первичной цепи.
Рис. 30. Ограничение силы тока в первичной обмотке
Ограничение силы тока выполняется при помощи схемы измерения текущей силы тока и
регулирования силы тока базы транзистора с тем, чтобы на его коллекторе сила тока была в
пределах 8,5-10 А.
Контроллер системы зажигания регулирует также продолжительность включённого состояния первичной обмотки. Контроллер следит за нарастанием тока в каждом эпизоде, определяя достигнуто или нет его максимальное значение. Если максимальное значение достигается, то в последующем эпизоде продолжительность замкнутого состояния уменьшается, чтобы уменьшить мощность, расходуемую системой. Если не достигается минимально необходимое значение силы тока, то продолжительность замкнутого состояния увеличивается, чтобы обеспечить полное магнитное насыщение. Если ограничение силы тока происходит до разряда на свече, то продолжительность замкнутого состояния в последующем эпизоде уменьшается. Этот процесс известен, как замкнутое (с обратной связью) управление продолжительностью включения первичной обмотки. Замкнутое управление применяется в системах DI, EI и DIS, но не в системе C3I.
Для получения нужной величины высокого напряжения необходимо учитывать разные факторы: диаметр используемого провода, магнитные характеристики сердечника, скорость уменьшения силы тока в первичной обмотке. Все это позволяет увеличить период магнитного насыщения и обеспечить выработку высокого напряжения нужного значения во всех режимах работы.
Контроллер системы зажигания принимает сигналы от первичных устройств (датчиков) и регулирует ток, протекающий по первичной обмотке. Для образования искры, ток в первичной обмотке должен включаться и выключаться в строго определённый момент. Контроллер системы зажигания должен «знать» положение коленчатого вала, скорость его вращения, нагрузку на двигатель, величину атмосферного давления и температуру охлаждающей жидкости. Опорным сигналом прерывания тока может быть сигнал переменного напряжения от индуктивного датчика, сигнал постоянного напряжения от датчика Холла или от оптического датчика, поэтому контроллер должен выполнять функцию преобразования сигнала.
|
|
|
Типы систем
Многочисленные разновидности используемых систем зажигания можно объединить в две
основные группы:
Контактные системы зажигания (DI) и электронные бесконтактные системы (EI).
Последнюю группу можно, в свою очередь, разделить на две подгруппы:
Система с независимым контроллером (Bypass): Система, где контроллер обрабатывает
запускающие сигналы от датчика положения коленчатого вала и управляет основными
параметрами катушки зажигания. Контроллер также транслирует сигналы положения коленчатого вала на блок управления двигателем для управления моментом зажигания.
Система с обычным коммутатором (Up-integrated): Система, в которой управление моментом зажигания полностью осуществляется блоком ECM/PCM через контроллер системы зажигания. Этот контроллер имеет минимальный набор функций и выполняет включение и выключение первичных обмоток по сигналам РСМ. Независимо от типа применяемой системой её обязательными компонентами должно быть устройство прерывания и внешний источник запускающих сигналов (датчик положения коленвала).
|
|
|
