اختبر قيادة محركات البنزين والديزل في محركات فردية أو محركات HCCI: الجزء الثاني
اختبار القيادة

اختبر قيادة محركات البنزين والديزل في محركات فردية أو محركات HCCI: الجزء الثاني

اختبر قيادة محركات البنزين والديزل في محركات فردية أو محركات HCCI: الجزء الثاني

تقول Mazda أنها ستكون أول من يستخدمها في السلسلة

بغازات نظيفة مثل البنزين وكفاءة وقود الديزل. تتناول هذه المقالة ما يحدث عند تصميم محرك مثالي بخلط متجانس واشتعال ذاتي أثناء الضغط. يطلق عليه المصممون ببساطة اسم HCCI.

تراكم المعرفة

تعود أسس مثل هذه العمليات إلى السبعينيات ، عندما طور المهندس الياباني أونيشي تقنيته "الاحتراق النشط في الغلاف الجوي الحراري". في الساحة ، 1979 هي فترة أزمة النفط الثانية وأول قيود قانونية جدية ذات طبيعة بيئية ، وهدف المهندس هو جعل الدراجات النارية ذات الشوطين الشائعة في ذلك الوقت متوافقة مع هذه المتطلبات. من المعروف أنه في وضع التحميل الخفيف والجزئي ، يتم تخزين كمية كبيرة من غازات العادم في أسطوانات الوحدات ثنائية الشوط ، وفكرة المصمم الياباني هي تحويل عيوبها إلى مزايا من خلال إنشاء عملية احتراق تختلط فيها الغازات المتبقية مع درجات حرارة عالية للوقود لعمل مفيد.

Впервые инженерам из команды Onishi удалось реализовать практически революционную технологию сама по себе, запустив процесс самовозгорания, который действительно успешно снизил выбросы выхлопных газов. Однако они также обнаружили значительное повышение эффективности двигателя, и вскоре после презентации разработки аналогичные процессы были продемонстрированы Toyota, Mitsubishi и Honda. Конструкторы поражены чрезвычайно плавным и одновременно высокоскоростным сгоранием в прототипах, сниженным расходом топлива и вредными выбросами. В 1983 году появились первые лабораторные образцы четырехтактных двигателей с самовоспламенением, в которых управление процессами в различных режимах работы возможно благодаря тому, что химический состав и соотношение компонентов в используемом топливе абсолютно известны. Однако анализ этих процессов несколько примитивен, так как основан на предположении, что в этом типе двигателя они выполняются из-за кинетики химических процессов, а такие физические явления, как перемешивание и турбулентность, незначительны. Именно в 80-х годах были заложены основы первых аналитических моделей процессов, основанных на давлении, температуре и концентрации компонентов топлива и воздуха в объеме камеры. Конструкторы пришли к выводу, что работу этого типа двигателя можно разделить на две основные части – зажигание и объемное выделение энергии. Анализ результатов исследований показывает, что самовоспламенение инициируется теми же низкотемпературными предварительными химическими процессами (протекающими ниже 700 градусов с образованием пероксидов), которые ответственны за вредное детонационное горение в бензиновых двигателях, а процессы выделения основной энергии высокотемпературные. и выполняются выше этого условного температурного предела.

من الواضح أن العمل يجب أن يركز على دراسة ودراسة نتائج التغيرات في التركيب الكيميائي وتكوين الشحنة تحت تأثير درجة الحرارة والضغط. نظرًا لعدم القدرة على التحكم في البداية الباردة والعمل بأحمال قصوى في هذه الأوضاع ، يلجأ المهندسون إلى استخدام شمعة الإشعال. يؤكد الاختبار العملي أيضًا على النظرية القائلة بأن الكفاءة تكون أقل عند التشغيل بوقود الديزل ، حيث يجب أن تكون نسبة الضغط منخفضة نسبيًا ، وعند الضغط العالي ، تحدث عملية الاشتعال الذاتي في وقت مبكر جدًا. ضغط السكتة. في الوقت نفسه ، اتضح أنه عند استخدام وقود الديزل ، توجد مشاكل في تبخر الأجزاء القابلة للاشتعال من وقود الديزل ، وأن تفاعلاتها الكيميائية السابقة للهب تكون أكثر وضوحًا من تفاعلات البنزين عالية الأوكتان. ونقطة أخرى مهمة للغاية - اتضح أن محركات HCCI تعمل دون مشاكل مع ما يصل إلى 50٪ من الغازات المتبقية في الخلائط الخالية من الدهون في الأسطوانات. يترتب على كل هذا أن البنزين أكثر ملاءمة للعمل في هذا النوع من الوحدات ويتم توجيه التطورات في هذا الاتجاه.

تم تعديل المحركات الأولى القريبة من صناعة السيارات الحقيقية ، والتي تم فيها تنفيذ هذه العمليات بنجاح في الممارسة العملية ، محركات VW 1,6 لتر في عام 1992. بفضل مساعدتهم ، تمكن المصممون من فولفسبورغ من زيادة الكفاءة بنسبة 34٪ عند التحميل الجزئي. بعد ذلك بقليل ، في عام 1996 ، أظهرت مقارنة مباشرة لمحرك HCCI بمحرك الديزل والبنزين بالحقن المباشر أن محركات HCCI أظهرت أقل استهلاك للوقود وانبعاثات أكاسيد النيتروجين دون الحاجة إلى أنظمة حقن باهظة الثمن. على الوقود.

ما الذي يحدث اليوم

اليوم ، على الرغم من توجيهات التقليص ، تواصل جنرال موتورز تطوير محركات HCCI ، وتعتقد الشركة أن هذا النوع من الماكينات سيساعد في تحسين محرك البنزين. نفس الرأي يحمله مهندسو Mazda لكننا سنتحدث عنهم في العدد القادم. تعمل مختبرات سانديا الوطنية ، التي تعمل عن كثب مع جنرال موتورز ، على تحسين سير العمل الجديد ، وهو أحد أشكال HCCI. يطلق عليه المطورون اسم LTGC "لاحتراق البنزين بدرجة حرارة منخفضة". نظرًا لأن أوضاع HCCI في التصميمات السابقة تقتصر على نطاق تشغيل ضيق نوعًا ما ولا تتمتع بميزة كبيرة على الآلات الحديثة لتقليل الحجم ، فقد قرر العلماء تقسيم الخليط على أي حال. بعبارة أخرى ، إنشاء مناطق أكثر فقراً وثراءً يتم التحكم فيها بدقة ، ولكن على عكس المزيد من الديزل. أظهرت الأحداث في مطلع القرن أن درجات حرارة التشغيل غالبًا ما تكون غير كافية لإكمال تفاعلات الأكسدة للهيدروكربونات وثاني أكسيد الكربون. عندما يتم إثراء الخليط واستنفاده ، يتم القضاء على المشكلة ، حيث ترتفع درجة حرارته أثناء عملية الاحتراق. ومع ذلك ، فإنه لا يزال منخفضًا بما يكفي لعدم البدء في تكوين أكاسيد النيتروجين. في مطلع القرن ، كان المصممون لا يزالون يعتقدون أن HCCI كان بديلاً منخفض الحرارة لمحرك الديزل الذي لا يولد أكاسيد النيتروجين. ومع ذلك ، لم يتم إنشاؤها في عملية LTGC الجديدة أيضًا. يستخدم البنزين أيضًا لهذا الغرض ، كما هو الحال في النماذج الأولية المعدلة وراثيًا ، حيث يحتوي على درجة حرارة تبخر أقل (واختلاطًا أفضل مع الهواء) ولكن درجة حرارة اشتعال ذاتي أعلى. وفقًا لمصممي المختبرات ، فإن الجمع بين وضع LTGC واشتعال الشرارة في أوضاع غير مواتية وصعبة التحكم ، مثل التحميل الكامل ، سيؤدي إلى آلات أكثر كفاءة من وحدات تقليص الحجم الحالية. تقوم شركة Delphi Automotive بتطوير عملية اشتعال بالضغط مماثلة. يطلقون على تصاميمهم اسم GDCI لـ "حقن البنزين المباشر بالضغط" (الحقن المباشر للبنزين والاشتعال بالضغط) ، والذي يوفر أيضًا عملًا خفيفًا وغنيًا للتحكم في عملية الاحتراق. في دلفي ، يتم ذلك باستخدام محاقن ذات ديناميكيات حقن معقدة ، بحيث يظل الخليط ككل ، على الرغم من استنفاده والتخصيب ، هزيلًا بما يكفي لعدم تكوين السخام ، ودرجة حرارة منخفضة بما يكفي لعدم تكوين أكاسيد النيتروجين. يتحكم المصممون في أجزاء مختلفة من الخليط بحيث يحترقون في أوقات مختلفة. تشبه هذه العملية المعقدة وقود الديزل ، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون منخفضة وتشكيل أكاسيد النيتروجين لا يكاد يذكر. قدمت دلفي ما لا يقل عن 2 سنوات أخرى من التمويل من حكومة الولايات المتحدة ، واهتمام الشركات المصنعة مثل Hyundai في تطويرها يعني أنها لن تتوقف.

دعونا نتذكر Disotto

يُطلق على تطوير مصممي Daimler Engine Research Labs في Untertürkheim اسم Diesotto وفي وضع بدء التشغيل والحمل الأقصى ، يعمل مثل محرك البنزين الكلاسيكي ، باستخدام جميع مزايا الحقن المباشر والشحن التوربيني المتتالي. ومع ذلك ، عند السرعات المنخفضة إلى المتوسطة والأحمال خلال دورة واحدة ، ستقوم الإلكترونيات بإيقاف تشغيل نظام الإشعال والتحول إلى وضع التحكم في وضع الإشعال الذاتي. في هذه الحالة ، تغير مراحل صمامات العادم طابعها بشكل جذري. يتم فتحها في وقت أقصر بكثير من المعتاد وبسكتة دماغية أقل بكثير - لذا فإن نصف غازات العادم فقط لديها الوقت لمغادرة غرفة الاحتراق ، ويتم الاحتفاظ بالباقي عمدًا في الأسطوانات ، جنبًا إلى جنب مع معظم الحرارة الموجودة فيها . لتحقيق درجة حرارة أعلى في الغرف ، تحقن الفتحات جزءًا صغيرًا من الوقود الذي لا يشتعل ، ولكنه يتفاعل مع الغازات الساخنة. أثناء شوط السحب التالي ، يتم حقن جزء جديد من الوقود في كل أسطوانة بالكمية الصحيحة تمامًا. يفتح صمام السحب لفترة وجيزة بضربة قصيرة ويسمح بكمية محددة بدقة من الهواء النقي لدخول الأسطوانة والاختلاط مع الغازات المتاحة لإنتاج خليط وقود خفيف مع نسبة عالية من غازات العادم. يتبع ذلك ضربة ضغط تستمر فيها درجة حرارة الخليط في الارتفاع حتى لحظة الاشتعال الذاتي. يتم تحقيق توقيت دقيق للعملية من خلال التحكم الدقيق في كمية الوقود ، والهواء النقي وغازات العادم ، والمعلومات الثابتة من أجهزة الاستشعار التي تقيس الضغط في الأسطوانة ، ونظام يمكنه على الفور تغيير نسبة الضغط باستخدام آلية غير مركزية. تغيير موضع العمود المرفقي. بالمناسبة ، لا يقتصر تشغيل النظام المعني على وضع HCCI.

تتطلب إدارة كل هذه العمليات المعقدة إلكترونيات تحكم لا تعتمد على المجموعة المعتادة من الخوارزميات المحددة مسبقًا الموجودة في محركات الاحتراق الداخلي التقليدية ، ولكنها تسمح بتغييرات الأداء في الوقت الفعلي بناءً على بيانات المستشعر. المهمة صعبة ، لكن النتيجة تستحق العناء - 238 حصان. يضمن محرك Diesotto سعة 1,8 لتر مفهوم F700 مع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من الفئة S تبلغ 2 جم / كم والامتثال لتوجيهات Euro 127 الصارمة.

النص: جورجي كوليف

بيت " مقالات " الفراغات » محركات البنزين والديزل في المحركات الفردية أو محركات HCCI: الجزء 2

إضافة تعليق