Prøvekørsel diesel og benzin: typer
Prøvetur

Prøvekørsel diesel og benzin: typer

Prøvekørsel diesel og benzin: typer

Den anspændte konfrontation mellem diesel- og benzinmotorer når sit klimaks. Den nyeste turboteknologi, elektronisk styrede common-rail direkte indsprøjtningssystemer, høje kompressionsforhold – rivaliseringen bringer de to typer motorer tættere på... Og pludselig, midt i en ældgammel duel, dukkede en ny spiller pludselig op på scenen. et sted under solen.

Efter mange års forsømmelse har designerne genopdaget dieselmotorens enorme potentiale og fremskyndet dens udvikling gennem intensiv introduktion af nye teknologier. Det kom til det punkt, at dets dynamiske ydeevne nærmede sig en benzinkonkurrents egenskaber og tillod oprettelse af hidtil utænkelige biler som Volkswagen Race Touareg og Audi R10 TDI med mere end seriøse racerambitioner. Begivenhedernes kronologi i de sidste femten år er velkendt ... Dieselmotorer fra 1936'erne adskilte sig ikke fundamentalt fra deres forfædre, skabt af Mercedes-Benz tilbage i 13. En proces med langsom udvikling fulgte, som i de senere år er vokset til en kraftig teknologisk eksplosion. I slutningen af ​​1'erne genskabte Mercedes den første bilturbodiesel, i slutningen af ​​XNUMX'erne, direkte indsprøjtning debuterede i Audi-modellen, senere modtog dieselmotorer fireventilshoveder, og i de sene XNUMX'er blev elektronisk styrede Common Rail-indsprøjtningssystemer en realitet. ... I mellemtiden er direkte tryk på brændstofindsprøjtning blevet indført i benzinmotorer, hvor kompressionsforholdet i dag når XNUMX: XNUMX i nogle tilfælde. For nylig oplever turboteknologien også en renæssance, hvor benzinmotorernes momentværdier begynder at nærme sig betydeligt drejningsmomentværdierne for den berømte fleksible turbodiesel. Men parallelt med moderniseringen er der stadig en stadig tendens til en alvorlig stigning i prisen på benzinmotoren ... Så trods de udtalte fordomme og polarisering af meninger vedrørende benzin- og dieselmotorer i forskellige dele af verden er ingen af de to rivaler får håndgribelig dominans.

På trods af sammenfaldet mellem kvaliteten af ​​de to typer enheder er der stadig store forskelle i de to varmemotorers art, karakter og opførsel.

I tilfælde af en benzinmotor dannes blandingen af ​​luft og fordampet brændstof over en meget længere periode og begynder længe før starten af ​​forbrændingsprocessen. Uanset om du bruger en karburator eller moderne elektroniske direkte indsprøjtningssystemer, er målet med blanding at producere en ensartet, homogen brændstofblanding med et veldefineret luft-brændstofforhold. Denne værdi er normalt tæt på den såkaldte "støkiometriske blanding", hvori der er nok iltatomer til (teoretisk) at kunne binde sig i en stabil struktur med hvert brint- og kulstofatom i brændstoffet og kun danne H20 og CO2. Fordi kompressionsforholdet er lille nok til at undgå for tidlig ukontrolleret selvantændelse af nogle stoffer i brændstoffet på grund af høj kompressionstemperatur (benzinfraktionen består af kulbrinter med en meget lavere fordampningstemperatur og en meget højere forbrændingstemperatur). selvantændelse fra dem i dieselfraktionen), initieres antændelse af blandingen af ​​et tændrør og forbrænding sker i form af en front, der bevæger sig med en bestemt hastighedsgrænse. Desværre dannes der zoner med ufuldstændige processer i forbrændingskammeret, hvilket fører til dannelsen af ​​kulilte og stabile kulbrinter, og når flammefronten bevæger sig, stiger trykket og temperaturen ved dens periferi, hvilket fører til dannelsen af ​​skadelige nitrogenoxider ( mellem nitrogen og ilt fra luften), peroxider og hydroperoxider (mellem ilt og brændstof). Akkumuleringen af ​​sidstnævnte til kritiske værdier fører til ukontrolleret detonationsforbrænding, derfor anvendes i moderne benzin fraktioner af molekyler med en relativt stabil, vanskelig at detonere kemisk "konstruktion" - en række yderligere processer udføres på raffinaderier for at opnå en sådan stabilitet. herunder en stigning i brændstoffets oktantal. På grund af det stort set faste blandingsforhold, som benzinmotorer kan køre, spiller gasspjældet en vigtig rolle i dem, hvorved motorbelastningen reguleres ved at justere mængden af ​​frisk luft. Men det bliver til gengæld en kilde til betydelige tab i delbelastningstilstanden, der spiller rollen som en slags "halsprop" af motoren.

Ideen med skaberen af ​​dieselmotoren, Rudolf Diesel, er at øge kompressionsforholdet betydeligt og dermed maskinens termodynamiske effektivitet. Således falder arealet af brændstofkammeret, og forbrændingsenergien spredes ikke gennem cylinderens vægge og kølesystemet, men "bruges" mellem selve partiklerne, som i dette tilfælde er meget tættere på hver Andet. Hvis en forhåndsforberedt luft-brændstofblanding kommer ind i forbrændingskammeret i denne type motor, som i tilfældet med en benzinmotor, når en vis kritisk temperatur nås under kompressionsprocessen (afhængigt af kompressionsforholdet og brændstoftypen) ), vil selvantændelsesprocessen blive sat i gang længe før GMT. ukontrolleret volumetrisk forbrænding. Det er af denne grund, at dieselbrændstof indsprøjtes i sidste øjeblik, kort før GMT, ved meget højt tryk, hvilket skaber en betydelig mangel på tid til god fordampning, diffusion, blanding, selvantændelse og behov for en tophastighedsgrænse. der sjældent overskrider grænsen. fra 4500 rpm Denne tilgang stiller passende krav til brændstoffets kvalitet, som i dette tilfælde er en brøkdel af dieselbrændstof - hovedsageligt lige destillater med en væsentlig lavere selvantændelsestemperatur, da en mere ustabil struktur og lange molekyler er en forudsætning for deres lettere brud og reaktion med ilt.

Et træk ved forbrændingsprocesserne i en dieselmotor er på den ene side zoner med en beriget blanding omkring injektionshullerne, hvor brændstof nedbrydes (revner) fra temperaturen uden oxidation, omdannes til en kilde af kulstofpartikler (sot) og på den anden. hvor der overhovedet ikke er brændstof, og under indflydelse af høj temperatur kvælstof og ilt i luften indgår i kemisk interaktion og danner nitrogenoxider. Derfor er dieselmotorer altid indstillet til at fungere med medium magre blandinger (dvs. med et alvorligt luftoverskud), og belastningen styres kun af doseringen af ​​mængden af ​​indsprøjtet brændstof. Dette undgår at bruge gashåndtaget, hvilket er en kæmpe fordel i forhold til deres benzinmodstykker. For at kompensere for nogle af manglerne ved en benzinmotor har designere skabt motorer, hvor blandingsdannelsesprocessen er den såkaldte "ladningsstratificering".

I tilstanden delvis belastning dannes den optimale støkiometriske blanding kun i området omkring tændrørselektroderne på grund af en særlig indsprøjtning af en indsprøjtet brændstofstråle, en rettet luftstrøm, en særlig profil af stempelfronterne og andre lignende metoder, der sikrer tænding pålidelighed. Samtidig forbliver blandingen i det meste af kammervolumen magert, og da belastningen i denne tilstand kun kan styres af mængden af ​​tilført brændstof, kan gasventilen forblive helt åben. Dette fører igen til et samtidigt fald i tab og en stigning i motorens termodynamiske effektivitet. I teorien ser alt godt ud, men hidtil har succesen med denne type motor produceret af Mitsubishi og VW ikke været glamourøs. Generelt kan ingen hidtil prale af, at de har udnyttet fordelene ved disse teknologiske løsninger fuldt ud.

Og hvis man "magisk" kombinerer fordelene ved de to typer motorer? Hvad ville være den ideelle kombination af høj dieselkompression, homogen fordeling af blandingen i hele forbrændingskammerets volumen og ensartet selvantændelse i samme volumen? Intensive laboratorieundersøgelser af eksperimentelle enheder af denne type i de senere år har vist en betydelig reduktion i skadelige emissioner i udstødningsgasser (f.eks. reduceres mængden af ​​nitrogenoxider med op til 99%!) Med en stigning i effektiviteten sammenlignet med benzinmotorer . Det ser ud til, at fremtiden faktisk tilhører motorer, som bilvirksomheder og uafhængige designvirksomheder for nylig har slået sammen under paraplynavnet HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition Engines eller Homogeneous Charge Self Ignition Engines.

Ligesom mange andre tilsyneladende "revolutionerende" udviklinger er ideen om at oprette en sådan maskine ikke ny, og indtil videre forsøger forsøg på at skabe en pålidelig produktionsmodel stadig ikke. Samtidig skaber de voksende muligheder for elektronisk styring af den teknologiske proces og den store fleksibilitet i gasdistributionssystemer et meget realistisk og optimistisk perspektiv på en ny type motor.

I dette tilfælde er det faktisk en slags hybrid af principperne for drift af benzin og dieselmotorer. En godt homogeniseret blanding, som i benzinmotorer, kommer ind i HCCI's forbrændingskamre, men den selvantænder af varmen fra kompressionen. Den nye motortype kræver heller ikke en gasventil, da den kan køre på magre blandinger. Det skal dog bemærkes, at betydningen af ​​definitionen af ​​"lean" i dette tilfælde adskiller sig markant fra definitionen af ​​diesel, da HCCI ikke har en helt mager og stærkt beriget blanding, men er en slags ensartet mager blanding. Funktionsprincippet involverer samtidig antændelse af blandingen i hele cylindervolumenet uden en ensartet bevægelig flammefront og ved en meget lavere temperatur. Dette fører automatisk til et markant fald i mængden af ​​nitrogenoxider og sod i udstødningsgasserne, og ifølge en række autoritative kilder den massive introduktion af langt mere effektive HCCI'er i seriel bilproduktion i 2010-2015. Vil spare menneskeheden omkring en halv million tønder. olie dagligt.

Men før de opnår dette, skal forskere og ingeniører overvinde den største anstødssten i øjeblikket - manglen på en pålidelig måde at kontrollere selvantændelsesprocesser på ved hjælp af indeholdende fraktioner med forskellig kemisk sammensætning, egenskaber og adfærd af moderne brændstoffer. En række spørgsmål er forårsaget af indeslutning af processer ved forskellige belastninger, omdrejninger og temperaturforhold for motoren. Ifølge nogle eksperter kan dette gøres ved at returnere en præcist målt mængde udstødningsgas tilbage til cylinderen, forvarme blandingen eller dynamisk ændre kompressionsforholdet eller direkte ændre kompressionsforholdet (f.eks. SVC Saab-prototypen) eller ændring af ventilens lukningstidspunkt ved hjælp af variabel systemgasfordeling.

Det er endnu ikke klart, hvordan problemet med støj og termodynamiske effekter på motordesignet på grund af selvantændelse af en stor mængde frisk blanding ved fuld belastning vil blive elimineret. Det virkelige problem er at starte motoren ved en lav temperatur i cylindrene, da det er ret svært at starte selvantændelse under sådanne forhold. I øjeblikket arbejder mange forskere på at eliminere disse flaskehalse ved at bruge resultaterne af observationer af prototyper med sensorer til kontinuerlig elektronisk styring og analyse af arbejdsprocesser i cylindre i realtid.

По мнению специалистов автомобильных компаний, работающих в этом направлении, среди которых Honda, Nissan, Toyota и GM, вероятно, сначала будут созданы комбинированные машины, которые могут переключать режимы работы, а свеча зажигания будет использоваться как своего рода помощник в тех случаях, когда HCCI испытывает трудности. Volkswagen уже реализует аналогичную схему в своем двигателе CCS (Combined Combustion System), который в настоящее время работает только на специально разработанном для него синтетическом топливе.

Tænding af blandingen i HCCI-motorer kan udføres i en bred vifte af forhold mellem brændstof, luft og udstødningsgasser (det er nok til at nå selvantændelsestemperaturen), og en kort forbrændingstid fører til en betydelig stigning i motorens effektivitet. Nogle problemer med nye typer enheder kan med succes løses i kombination med hybridsystemer, såsom Toyotas Hybrid Synergy Drive - i dette tilfælde kan forbrændingsmotoren kun bruges i en bestemt tilstand, der er optimal med hensyn til hastighed og belastning. på arbejde og dermed omgå tilstande, hvor motoren kæmper eller bliver ineffektiv.

Forbrænding i HCCI-motorer opnået gennem integreret temperatur, tryk, mængde og kvalitetskontrol af blandingen i en position tæt på GMT, er virkelig et stort problem på baggrund af meget enklere antændelse med et tændrør. På den anden side behøver HCCI ikke at skabe turbulente processer, som er vigtige for benzin- og især dieselmotorer på grund af den samtidige volumetriske karakter af selvantændelse. På samme tid er det af denne grund, at selv små temperaturafvigelser kan føre til betydelige ændringer i kinetiske processer.

I praksis er den vigtigste faktor for fremtiden for denne type motor brændstoftypen, og den korrekte designløsning kan kun findes med en detaljeret viden om dens adfærd i forbrændingskammeret. Derfor arbejder mange bilvirksomheder i øjeblikket med olieselskaber (såsom Toyota og ExxonMobil), og de fleste af eksperimenterne på dette stadium udføres med specialdesignede syntetiske brændstoffer, hvis sammensætning og opførsel er beregnet på forhånd. Effektiviteten ved at bruge benzin og diesel i HCCI er i modstrid med logikken i klassiske motorer. På grund af benzinens høje selvantændelsestemperatur kan kompressionsforholdet i dem variere fra 12:1 til 21:1, og i dieselbrændstof, der antændes ved lavere temperaturer, bør det være relativt lille - i størrelsesordenen kun 8 :1.

Tekst: Georgy Kolev

Foto: firma

Tilføj en kommentar