Повышение экономичности двигателей

Повышение экономичности двигателей достигается совершенствованием их конструкции и позволяет сократить потребление топлива и соответственно снизить выбросы загрязняющих веществ. Одновременно обеспечивается сбережение топливно-энергетических ресурсов, что является еще одной важной экологической задачей.

Работы по совершенствованию конструкции интенсивно ведутся как для карбюраторных двигателей, так и для дизелей. К настоящему времени в этой области предложено много технических решений, и поиски продолжаются.

Улучшение рабочего процесса двигателя достигается применением различных устройств в карбюраторе. К таким устройствам относится ограничитель разрежения, действующий на режиме принудительного холостого хода, позволяющий снизить расход топлива и масла. Наибольшее применение получили экономайзеры принудительного холостого хода, снижающие расход топлива на 1,5 – 2 % и содержание оксида углерода в отработавших газах в 2,1 раза за период замедления. Почти все современные карбюраторы оснащены электронным управлением смесеобразованием, что позволяет поддерживать оптимальный состав топливно-воздушной смеси на различных режимах работы двигателя, повышает топливную экономичность и уменьшает выброс загрязняющих веществ до 5 %.

Несмотря на достигнутый высокий уровень технического совершенствования систем питания с карбюраторами они имеют ограниченный предел адаптации к различным режимам работы двигателя. В связи с этим широкое распространение получили системы питания с электронным впрыском топлива. Большинство зарубежных и новые отечественные двигатели оснащаются системой с микропроцессорным управлением впрыскиванием бензина и электронным зажиганием. Доля легковых автомобилей, снабженных системами впрыска топлива, составляет в мире около 80 %, а с учетом дизельных двигателей – 90 %. Причинами такого распространения систем впрыска являются повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Применение электронных систем впрыска топлива с точным дозированием топлива по отдельным цилиндрам на всех режимах работы двигателя позволяет повысить мощность двигателя
на 10 – 30 % и снизить расход топлива на 20 – 30 %.

Хорошие перспективы для экономии топливных ресурсов и снижения выбросов в атмосферный воздух имеет дизелизация транспортных средств. Дизельные силовые установки применяют на большегрузных автомобилях, автобусах, в ограниченных масштабах на легковом автотранспорте, поездных и маневровых тепловозах, морских и речных судах. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20 ‑ 30 %. Токсичность отработавших газов дизеля значительно ниже.

Система питания дизеля обеспечивает точное дозирование топлива при различных режимах работы, что наряду с высоким коэффициентом избытка воздуха и высокой степенью сжатия способствует более полному сгоранию топлива в цилиндрах двигателя и снижению токсичности выбросов (табл. 4.1).

Повышению экологических показателей дизелей способствует применение турбонаддува и рециркуляции отработавших газов.

Турбонаддув обеспечивается сжатием воздуха перед поступлением его в цилиндры дизеля. В результате происходит хорошее наполнение цилиндров. Мощность двигателя повышается, а топливная экономичность возрастает на 4 – 6 %. Турбонаддув применяют на грузовых автомобилях семейств КамАЗ и МАЗ, а также на карбюраторных автомобилях.

Рециркуляция представляет собой перепуск части отработавших газов во впускной трубопровод двигателя. Ее целесообразно использовать в допустимых пределах при работе двигателя на малых и средних нагрузках. Применение 10 %-ной рециркуляции позволяет снизить содержание оксидов азота в отработавших газах примерно на 30 – 40 % и улучшить процесс смесеобразования без существенного изменения расхода топлива, хотя дымность несколько возрастает.

Таблица 4.1. Структура токсичных компонентов при сжигании 1 кг топлива в карбюраторном двигателе и дизеле

Оснащение дизелей современными электронными системами управления в сочетании с турбонаддувом, рециркуляцией и высокоэффективной фильтрацией отработавших газов позволяет удовлетворять требования норм токсичности на уровнях Евро I и Евро III. Так, установка на автопоезд МАЗ-АТ98 двигателя MAN с микропроцессорной системой оптимального управления подачей топлива или дизеля Detroit Cummins с электронным впрыском обеспечивает выполнение жестких требований в первом случае – Евро II, а во втором – Евро III (табл. 4.2).

Для тепловозных дизелей находит применение эффективное рециркуляционное устройство, обеспечивающее в реальных условиях снижение выбросов оксидов азота до 50 %.

Таблица 4.2. Ограничение уровня выбросов дизелей

Высокая топливная экономичность может быть достигнута при использовании газодизелей и дизельно-газовых двигателей. Их различие в том, что дизельно-газовые двигатели допускают попеременную работу на дизельном и на газовом топливе, в то время как газодизель рассчитан на дизельное топливо и не может работать по чисто газовому циклу. Газодизельный двигатель не уступает по мощности дизелю и позволяет экономить в эксплуатации до 80 % дизельного топлива. На транспортных средствах применяют газодизельную аппаратуру. Она используется на автомобильном и железнодорожном транспорте, где на газ переводятся в первую очередь маневровые тепловозы на станциях, расположенных в черте городов.

Следует иметь в виду, что все усовершенствования двигателей, направленные на повышение экономичности двигателей и снижение токсичных выбросов, требуют больших финансовых затрат на их внедрение и эксплуатацию (табл. 4.3).