SCC

Saab Combustion Control

ДВС с изменяемой степенью сжатия

Разработчик: Saab

Система SCC — Saab Combustion Control, как утверждают разработчики, позволит владельцам оборудованных ею автомобилей без ухудшения основных показателей двигателя экономить до 10% топлива и значительно меньше загрязнять окружающую среду вредными химическими соединениями, присутствующими в отработавших газах. Причем один и тот же автомобиль будет соответствовать как американским, так и европейским нормативам по вредным выбросам. В Штатах, как известно, больше борются за снижение канцерогенных соединений (СН, NO — углеводороды, оксиды азота) в отработавших газах, а в Европе — с источником парникового эффекта (СО2, — двуокись углерода). Шведы уже сейчас называют некоторые цифры: показатели концентрации СО2 и СН в отработавших газах могут быть снижены практически вдвое, NO, — на 75 процентов. Это ниже, чем требует, например, американский стандарт ULEV 2 (Ultra Low Emission Vehicle), вступающий в силу в 2005 году.

С положительным эффектом как бы все ясно. Посмотрим, с помощью чего он достигается.

С технической точки зрения — это применение непосредственного впрыска бензина в двигателе. Спросите, что в этом нового, Mitsubishi вон уже показала миру свой GDI! Разница в том, что горение воздушно-топливной смеси «по-шведски» происходит без нарушения ее стехиометрического состава (отношение воздух/топливо — 14,6:1), а для нейтрализации продуктов сгорания достаточно обычного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора отработавших газов. Кроме того, здесь нашли применение изменяемые фазы газораспределения и момент зажигания.

По-особому задействованы в SCC и отработавшие газы. Вовлечение в рабочий цикл их достаточно большого количества (от 60 до 70 процентов), собственно, и позволило добиться экономии топлива и снижения выбросов вредных веществ.

Главным действующим лицом в процессе обильной рециркуляции отработавших газов выступает свеча. Но не свеча зажигания в обычном понимании, а некий узел из свечи, топливной форсунки и устройства впрыска дополнительной порции воздуха в цилиндр. Называется конгломерат Spark Plug Injector (SPI) или попросту свеча-форсунка. При ее разработке инженеры Saab пошли на сотрудничество с австралийской фирмой Orbital, которая реализовала аналогичную идею в своих двухтактных моторах.

Теперь попробуем представить принцип действия системы.

Мы уже упоминали о непосредственном впрыске, используемом Mitsubishi при работе двигателей на переобедненных смесях (40:1). Однако, чтобы выдержать ограничения по выбросам в атмосферу оксидов азота, японцам пришлось применить специальный нейтрализатор — достаточно дорогой и очень капризный по отношению к содержанию серы в бензине (она попросту выводила нейтрализатор из строя).

Разработчики системы SCC пошли от противного: коль рабочая смесь в цилиндре на 70 процентов состоит из отработавших газов, то их и надо использовать с пользой для дела. «Дожигаются» они за счет введения в смесь дополнительной порции воздуха, чем, кстати говоря, выравнивается и стехиометрический состав воздушно-топливной смеси.

Попутно пересмотрели и фазы газораспределения. При одинаковых «временных» значениях (по отношению к обычному двигателю) открытия впускных и выпускных клапанов (230 градусов поворота коленвала) существенно увеличена зона их перекрытия. Впрыск топлива в цилиндр происходит значительно раньше, в начале зоны перекрытия клапанов, через свечу-форсунку. Дополнительная порция воздуха впрыскивается SPI в процессе такта сжатия, чем обеспечиваются завихрение и интенсивное перемешивание компонентов рабочей смеси.

Воспламенение смеси может протекать по двум сценариям. Дуга загорается либо между электродами SPI, либо между центральным электродом свечи-форсунки и выступом на поршне (подобную концепцию Saab впервые представил в 1995 году на Франкфуртском автосалоне).

Возникновение дуги между указанными элементами подчиняется законам физики. На низких нагрузках искра проскакивает между электродами SPI (искровой промежуток составляет 3,5 мм — см. диаграмму, «зажигание», положение А), в момент, когда поршень немного не доходит до верхней мертвой точки (ВМТ); на больших нагрузках — между центральным электродом свечи-форсунки и выступом на поршне (1 мм — «зажигание», положение В), в момент, когда поршень находится в ВМТ (происходит это из-за высокой плотности заряда, которую не способна преодолеть искра, в 3,5-миллиметровом зазоре). Заметим, что наличие высокой концентрации отработавших газов привело к необходимости использовать и более высокую энергию разряда — до 80 мДж.

На некоторых режимах SCC минимизирует насосные потери — за счет того, что двигателю нет необходимости засасывать весь воздух, необходимый для получения наиболее сбалансированной рабочей смеси. Недостаток воздуха восполняется во время впрыска топлива и дополнительной инъекции в такте сжатия.

Все исследования по управляемому сгоранию велись параллельно с разработкой двигателя с переменной степенью сжатия — SVC. Обе системы могут существовать как раздельно, так и вместе, значительно повышая эффективность силовой установки в целом.

Любопытно, что шведские разработки не остались незамеченными за океаном: с недавних пор Департамент развития двигателей фирмы Saab имеет статус Центра экспертиз развития наддувных бензиновых двигателей General Motors.

АвтоОбоз © 1999-2017. Версия 4.0. Идея и создание: Александр Флегентов

Яндекс.Метрика