Экспериментальное исследование методов снижения счётной концентрации дисперсных частиц в отработавших газах наддувных бензиновых двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива

Введение (постановка задачи и актуальность). В настоящее время сложно представить автомобильную индустрию без постоянного совершенствования силовых установок, что обусловлено ужесточением экологических норм. Так в нормах Евро 6 введены ограничения на счётную концентрацию дисперсных частиц (ДЧ) в отработавших газах бензиновых двигателей. Для снижения выбросов токсичных компонентов отработавших газов, производители транспортных средств применяют каталитические нейтрализаторы, а также фильтры ДЧ, которые имеют ограничение по ресурсу эксплуатации. Однако эти меры могут оказаться недостаточными при введении в будущем норм экологического стандарта Евро 7, это приводит к необходимости принятия дополнительных мер по снижению вредных выбросов с отработавшими газами путём совершенствования рабочего процесса.

Цель исследования – проведение экспериментального исследования бензинового двигателя с непосредственным впрыскиванием топлива и использованием турбонаддува для оценки возможности снижения концентрации ДЧ за счёт повышения давления впрыскивания и оптимизации угла опережения впрыскивания топлива.

Методология и методы исследования. Исследования носят экспериментальный характер, достоверность полученных данных подтверждается применением современного измерительного оборудования и обработки полученных результатов.

Результаты и научная новизна. Определены параметры топливоподающей аппаратуры, оказывающие существенное влияние на образование и окисление ДЧ в бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива.

Практическая значимость. Приведены рекомендации по выбору способов снижения концентрации ДЧ в бензиновом двигателе с непосредственным впрыскиванием топлива, которые позволят удовлетворить перспективным требованиям экологических норм.

1. Правила ООН № 83. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выбросов загрязняющих веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей.

2. Oberdörster G., Oberdörster E., Oberdörster J. Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles // J. Environ. Health Perspect. – 2005. – Vol. 113, no. 7. – P. 823–839.

3. Тенсер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. – М.: Химия, 1972. – 136 с.

4. Магарил Р.З. Образование углерода при термических превращениях индивидуальных углеводородов и нефтепродуктов. – М.: Химия, 1973. – 144 с.

5. Köpple F., Seboldt D., Jochmann P., Hettinger A. et al. Experimental Investigation of Fuel Impingement and Spray-Cooling on the Piston of a GDI Engine via Instantaneous Surface Temperature Measurements // SAE Int. J. Engines. – 2014. – Vol. 7, no. 3. – P. 1178–1194. DOI: 10.4271/2014-01-1447.

6. Jiao Q., Reitz R.D. Modeling Soot Emissions from Wall Films in a Direct-Injection Spark-Ignition Engine // International Journal of Engine Research. – 2015. –Vol. 16, no. 8. – P. 994–1013. DOI: 10.1177/1468087414562008.

7. Сонкин В.И. Бензиновый двигатель пониженной размерности – современная концепция // Труды НАМИ. – 2015. – № 261. – С. 68–84.

8. Сонкин В.И. Проблемы бензиновых двигателей с высоким наддувом: турбо лаг. Часть 1 // Труды НАМИ. – 2019. – № 4 (279). – С. 70–81.

9. Choi K., Kim J., Ko A., Myung C-L., Park S., Lee Y. et al. Evaluation of time-resolved nano-particle and THC emissions of wall-guided GDI engine // SAE paper. – 2011. – No. 2011-28-0022.

10. Matousek T., Dageforde H., Bertsch M. Influence of injection pressures up to 300 bar on particle emissions in a GDI-engine / 17th ETH-conference on combustion generated nanoparticles; 2013.

11. Schulz F., Schmidt J. Gasoline Wall Films and Spray/ Wall Interaction Analyzed by Infrared Thermography // SAE International. – 04.01.2014. – No. 2014-01-1446. DOI: 10.4271/2014-01-1446.

12. Jingeun S., Ziyoung L. et al. Effects of injection strategy and coolant temperature on hydrocarbon and particulate emissions from a gasoline direct injection engine with high pressure injection up to 50 MPa // Energy. – 2018. – No. 164. – 512e522.

13. Hoffmann G., Befrui B., Berndorfer A., Piock W. et al. Fuel System Pressure Increase for Enhanced Performance of GDi Multi-Hole Injection Systems // SAE Int. J. Engines. – 2014. – Vol. 7 (1). DOI: 10.4271/2014-01-1209.