Технология сжигания бедных топливных смесей (Mazda)

Оптимальное воздушно-топливное отношение, гарантирующее полное сгорание топлива, равно 14,7:1. Увеличение этого отношения (ввод большего количества воздуха) приводит к эффекту, известному как обедненное горение. Экономия топлива достигает максимума, когда данное отношение находится в диапазоне от 20:1 до 22:1. Использование более скудных смесей также уменьшает выброс окислов NOx. Однако при этом возрастает вероятность неравномерного горения. Следует также учесть, что сокращение выброса NOx при сильно обедненных смесях затруднено, потому что нормальный каталитический конвертер нуждается в определенных условиях, чтобы работать должным образом. Компания Mazda создала двигатель Z-Ican, который предлагает и широкий диапазон бедных смесей, и хорошую выходную мощность при нормальных оборотах.

Ввод в цилиндр большего количества воздуха приводит к понижению содержания топлива в смеси и, следовательно, к более низкой температуре сгорания. Это в свою очередь означает, что меньше тепловой энергии уходит от камеры сгорания к ближайшим частям двигателя. В дополнение к уменьшенной потере тепла, потери на накачку также ниже, потому что можно шире открыть дроссельную заслонку при регулировке входного воздушного потока. Эти два эффекта вносят свой вклад в создание высокоэкономичных двигателей на обедненных смесях. Особенности таких двигателей проиллюстрированы на рисунке.

Рис. Свойства системы обедненного горения

Клапан управления вихреобразованием (tumble swirl control — TSC) и его действие показаны на рисунке. Двигатель Z-Ican использует особенность, известную как TSX-порт (trumble swirl multiplex port — порт раздельного вихреобразования), управляющий вихрем в цилиндре. Объединяя этот прибор с инжектором воздушной смеси, который превращает топливо в мельчайшие брызги, данная система гарантирует возможность работать на очень скудных смесях — до 25:1. Специальный каталитический конвертер превращает окислы NOx и углеводороды НС в воду Н20, углекислый газ СO2 и азот N2.

Рис. Клапан управления вихреобразованием: В условиях горения обедненной смеси, воздушно-топливная смесь формирует падающие вихри в цилиндре. На высоких скоростях, клапан TSC (управления визхреобразованием) открывается, создавая эффект падения смеси.