Probna vožnja benzinskih i dizel motora u jednomotornim ili HCCI motorima: 2. dio

Mazda kaže da će je prva upotrijebiti u seriji

Čistim plinovima poput benzina i učinkovitošću dizelskog goriva. Ovaj je članak o onome što se događa pri projektiranju idealnog motora s homogenim miješanjem i samozapaljenjem tijekom kompresije. Dizajneri ga jednostavno zovu HCCI.

Akumulacija znanja

Temelji ovakvih procesa sežu u sedamdesete godine, kada je japanski inženjer Onishi razvio svoju tehnologiju „Aktivno izgaranje u termoatmosferi“. Na dvorištu je 1979. godina druge naftne krize i prvih ozbiljnih zakonskih ograničenja ekološke prirode, a cilj inženjera je uskladiti tada uobičajene dvotaktne motocikle s tim zahtjevima. Poznato je da se u režimu laganog i djelomičnog opterećenja velika količina ispušnih plinova pohranjuje u cilindre dvotaktnih agregata, a ideja japanskog konstruktora je njegove nedostatke pretvoriti u prednosti stvaranjem proces izgaranja u kojem se zaostali plinovi i visoka temperatura goriva miješaju za koristan rad. .

Po prvi put, inženjeri iz tima Onishi bili su u mogućnosti implementirati gotovo revolucionarnu tehnologiju u sebe, pokrećući proces spontanog izgaranja koji je doista uspješno smanjio emisije ispušnih plinova. Međutim, također su pronašli značajna poboljšanja u učinkovitosti motora, a ubrzo nakon što je razvoj predstavljen, slične procese demonstrirali su Toyota, Mitsubishi i Honda. Dizajneri su bili zadivljeni iznimno glatkim, a istovremeno velikim brzinama izgaranja u prototipovima, smanjenom potrošnjom goriva i štetnim emisijama. Godine 1983. pojavili su se prvi laboratorijski uzorci četverotaktnih motora na samozapaljenje, u kojima je moguće upravljanje procesom u različitim režimima rada zbog činjenice da su kemijski sastav i omjer komponenti u korištenom gorivu apsolutno poznati. Međutim, analiza ovih procesa donekle je primitivna, budući da se temelji na pretpostavci da se u ovom tipu motora odvijaju zbog kinetike kemijskih procesa, a takvi fizikalni fenomeni kao što su miješanje i turbulencija su beznačajni. Osamdesetih godina prošlog stoljeća postavljeni su temelji za prve analitičke modele procesa temeljene na tlaku, temperaturi i koncentraciji komponenti goriva i zraka u volumenu komore. Dizajneri su došli do zaključka da se rad ovog tipa motora može podijeliti u dva glavna dijela - paljenje i volumetrijsko oslobađanje energije. Analiza rezultata istraživanja pokazuje da samozapaljenje pokreću isti oni niskotemperaturni preliminarni kemijski procesi (koji se odvijaju ispod 80 stupnjeva uz stvaranje peroksida) koji su odgovorni za štetno detonacijsko izgaranje u benzinskim motorima, te procesi oslobađanja glavne energije su visoke temperature. a izvode se iznad ove uvjetne temperaturne granice.

Jasno je da rad treba usmjeriti na proučavanje i proučavanje rezultata promjena kemijske strukture i sastava naboja pod utjecajem temperature i tlaka. Zbog nemogućnosti kontrole hladnog pokretanja i rada pri maksimalnim opterećenjima u ovim načinima rada, inženjeri pribjegavaju upotrebi svjećice. Praktični test također potvrđuje teoriju da je učinkovitost manja pri radu s dizelskim gorivom, budući da omjer kompresije mora biti relativno nizak, a kod veće kompresije proces samozapaljenja dolazi prerano. takt kompresije. Pritom se pokazuje da pri korištenju dizelskog goriva postoje problemi s isparavanjem zapaljivih frakcija dizelskog goriva te da su njihove predplamenske kemijske reakcije puno izraženije nego kod visokooktanskih benzina. I još jedna vrlo važna točka - ispada da HCCI motori rade bez problema s do 50% zaostalih plinova u odgovarajućim siromašnim smjesama u cilindrima. Iz svega ovoga proizlazi da su benzinci puno pogodniji za rad u ovakvom tipu agregata i razvoj je usmjeren u tom smjeru.

Prvi motori bliski stvarnoj automobilskoj industriji u kojima su ti procesi uspješno implementirani u praksi bili su modificirani VW 1,6-litreni motori 1992. godine. Uz njihovu pomoć dizajneri iz Wolfsburga uspjeli su povećati učinkovitost za 34% pri djelomičnom opterećenju. Nešto kasnije, 1996. godine, izravna usporedba HCCI motora s benzinskim i dizelskim motorom s izravnim ubrizgavanjem pokazala je da HCCI motori pokazuju najmanju potrošnju goriva i emisije NOx bez potrebe za skupim sustavima ubrizgavanja. na gorivo.

Što se danas događa

Danas, unatoč direktivama o smanjenju broja zaposlenih, GM nastavlja razvijati HCCI motore, a tvrtka vjeruje da će ova vrsta strojeva pomoći u poboljšanju benzinskih motora. Istog su mišljenja i Mazdini inženjeri, ali o njima ćemo u sljedećem broju. Nacionalni laboratoriji Sandia, blisko surađujući s GM -om, trenutno usavršavaju novi tijek rada, koji je varijanta HCCI -ja. Programeri ga zovu LTGC za "Sagorijevanje benzina na niskim temperaturama". Budući da su u prethodnom dizajnu načini HCCI ograničeni na prilično uski radni raspon i nemaju veliku prednost u odnosu na suvremene strojeve za smanjenje veličine, znanstvenici su ipak odlučili stratificirati smjesu. Drugim riječima, za stvaranje precizno kontroliranih siromašnijih i bogatijih područja, ali za razliku od više dizela. Događaji na prijelazu stoljeća pokazali su da su radne temperature često nedovoljne za dovršetak oksidacijskih reakcija ugljikovodika i CO-CO2. Kada se smjesa obogati i iscrpi, problem je uklonjen, jer joj temperatura raste tijekom procesa izgaranja. Međutim, on ostaje dovoljno nizak da ne započne stvaranje dušikovih oksida. Na prijelazu stoljeća, dizajneri su još uvijek vjerovali da je HCCI niskotemperaturna alternativa dizelskom motoru koji ne stvara dušikove okside. Međutim, ni oni nisu stvoreni u novom procesu LTGC -a. Benzin se također koristi u tu svrhu, kao i u originalnim GM prototipima, jer ima nižu temperaturu isparavanja (i bolje miješanje sa zrakom), ali višu temperaturu samozapaljenja. Prema dizajnerima laboratorija, kombinacija načina rada LTGC i paljenja iskre u nepovoljnijim i teže kontroliranim načinima, poput punog opterećenja, rezultirat će strojevima koji su mnogo učinkovitiji od postojećih jedinica za smanjenje veličine. Delphi Automotive razvija sličan proces paljenja kompresijom. Svoje dizajne nazivaju GDCI za "Kompresijsko paljenje izravnim ubrizgavanjem benzina" (Benzinsko izravno ubrizgavanje i kompresijsko paljenje), koje također pruža mršav i bogat rad za kontrolu procesa izgaranja. U Delphiju se to radi pomoću injektora sa složenom dinamikom ubrizgavanja, tako da, unatoč iscrpljivanju i obogaćivanju, smjesa u cjelini ostaje dovoljno mršava da ne stvara čađu i dovoljno niska temperatura da ne nastaje NOx. Dizajneri kontroliraju različite dijelove smjese tako da gore u različito vrijeme. Ovaj složeni proces podsjeća na dizelsko gorivo, emisije CO2 su niske, a stvaranje NOx zanemarivo. Delphi je osigurao još najmanje 4 godine financiranja od vlade SAD -a, a interes proizvođača poput Hyundaija za njihov razvoj znači da neće prestati.

Sjetimo se Disotta

Razvoj konstruktora Daimler Engine Research Labs u Untertürkheimu zove se Diesotto i u načinu pokretanja i maksimalnog opterećenja radi kao klasični benzinski motor, koristeći sve prednosti izravnog ubrizgavanja i kaskadnog turbo punjenja. Međutim, pri malim do srednjim brzinama i opterećenjima unutar jednog ciklusa, elektronika će isključiti sustav paljenja i prebaciti se na način upravljanja načinom samozapaljenja. U ovom slučaju, faze ispušnih ventila radikalno mijenjaju svoj karakter. Otvaraju se u mnogo kraćem vremenu nego inače i sa znatno smanjenim hodom - tako da samo polovica ispušnih plinova ima vremena napustiti komoru za izgaranje, a ostatak se namjerno zadržava u cilindrima, zajedno s većinom topline sadržane u njima. . Da bi se postigla još viša temperatura u komorama, mlaznice ubrizgavaju mali dio goriva koji se ne zapali, već reagira sa zagrijanim plinovima. Tijekom sljedećeg takta usisa, novi dio goriva se ubrizgava u svaki cilindar u točno određenoj količini. Usisni ventil se nakratko otvara s kratkim hodom i omogućuje precizno odmjerenoj količini svježeg zraka da uđe u cilindar i pomiješa se s dostupnim plinovima kako bi se proizvela siromašna smjesa goriva s visokim udjelom ispušnih plinova. Nakon toga slijedi kompresijski takt u kojem temperatura smjese nastavlja rasti do trenutka samozapaljenja. Precizno tempiranje procesa postiže se preciznom kontrolom količine goriva, svježeg zraka i ispušnih plinova, stalnim informacijama sa senzora koji mjere tlak u cilindru, te sustavom koji pomoću ekscentričnog mehanizma može trenutno mijenjati omjer kompresije. mijenjanje položaja koljenastog vratila. Usput, rad dotičnog sustava nije ograničen na HCCI način rada.

Upravljanje svim ovim složenim operacijama zahtijeva upravljačku elektroniku koja se ne oslanja na uobičajeni skup unaprijed definiranih algoritama koji se nalaze u konvencionalnim motorima s unutarnjim izgaranjem, već omogućuje promjene performansi u stvarnom vremenu na temelju podataka senzora. Zadatak je težak, ali rezultat se isplati - 238 KS. 1,8-litreni Diesotto jamčio je koncept F700 s emisijom CO2 S-klase od 127 g/km i usklađenost sa strogim Euro 6 direktivama.

Tekst: Georgy Kolev

Dom " Članci " praznine » Benzinski i dizelski motori u pojedinačnim ili HCCI motorima: 2. dio