تست درایو موتورهای بنزینی و دیزلی در موتورهای تک موتوری یا موتورهای HCCI: قسمت 2

مزدا می گوید اولین کسانی هستند که از این سریال استفاده می کنند

با گازهای تمیز مانند بنزین و بازده دیزل. این مقاله درباره آنچه در هنگام طراحی یک موتور ایده آل با اختلاط همگن و احتراق خودکار هنگام فشرده سازی اتفاق می افتد. طراحان به سادگی آن را HCCI می نامند.

انباشت دانش

پایه و اساس چنین فرآیندهایی به دهه هفتاد برمی گردد، زمانی که مهندس ژاپنی اونیشی فناوری خود را "احتراق فعال در گرما اتمسفر" توسعه داد. در حیاط، سال 1979 دوره دومین بحران نفتی و اولین محدودیت های جدی قانونی با ماهیت زیست محیطی است و هدف مهندس این است که موتورسیکلت های دو زمانه رایج در آن زمان را با این الزامات مطابقت دهد. مشخص است که در حالت بار سبک و جزئی، مقدار زیادی گاز خروجی در سیلندرهای واحدهای دو زمانه ذخیره می شود و ایده طراح ژاپنی این است که معایب آن را با ایجاد یک مزیت تبدیل کند. فرآیند احتراق که در آن گازهای باقیمانده و دمای سوخت بالا برای کار مفید مخلوط می شوند.

برای اولین بار، مهندسان تیم Onishi توانستند یک فناوری تقریباً انقلابی را به خودی خود پیاده کنند و فرآیند احتراق خود به خودی را آغاز کنند که واقعاً با موفقیت انتشار اگزوز را کاهش داد. با این حال، آنها همچنین پیشرفت های قابل توجهی در راندمان موتور پیدا کردند و بلافاصله پس از رونمایی از توسعه، فرآیندهای مشابهی توسط تویوتا، میتسوبیشی و هوندا به نمایش گذاشته شد. طراحان از احتراق بسیار نرم و در عین حال پرسرعت در نمونه های اولیه، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی های مضر شگفت زده شده اند. در سال 1983، اولین نمونه های آزمایشگاهی موتورهای چهار زمانه خود اشتعال ظاهر شد، که در آنها کنترل فرآیند در حالت های مختلف عملیاتی امکان پذیر است، زیرا ترکیب شیمیایی و نسبت اجزاء در سوخت مورد استفاده کاملاً مشخص است. با این حال، تجزیه و تحلیل این فرآیندها تا حدودی ابتدایی است، زیرا بر این فرض استوار است که در این نوع موتورها به دلیل سینتیک فرآیندهای شیمیایی انجام می شوند و پدیده های فیزیکی مانند اختلاط و تلاطم ناچیز هستند. در دهه 80 بود که پایه های اولین مدل های تحلیلی فرآیندها بر اساس فشار، دما و غلظت اجزای سوخت و هوا در حجم محفظه گذاشته شد. طراحان به این نتیجه رسیدند که عملکرد این نوع موتور را می توان به دو بخش اصلی - احتراق و انتشار انرژی حجمی تقسیم کرد. تجزیه و تحلیل نتایج تحقیق نشان می دهد که خودسوزی توسط همان فرآیندهای شیمیایی اولیه در دمای پایین (که با تشکیل پراکسیدها زیر 700 درجه رخ می دهد) که مسئول احتراق انفجاری مضر در موتورهای بنزینی هستند و فرآیندهای آزادسازی اصلی آغاز می شود. انرژی در دمای بالا هستند. و بالاتر از این حد دمای مشروط انجام می شود.

واضح است که کار باید بر مطالعه و بررسی نتایج تغییرات ساختار شیمیایی و ترکیب بار تحت تأثیر دما و فشار متمرکز شود. به دلیل عدم توانایی در کنترل استارت سرد و کار با حداکثر بار در این حالت ها، مهندسان به استفاده از شمع متوسل می شوند. آزمایش عملی همچنین این تئوری را تأیید می کند که راندمان هنگام کار با سوخت دیزل کمتر است، زیرا نسبت تراکم باید نسبتاً کم باشد و در تراکم بالاتر، فرآیند خودسوزی خیلی زود اتفاق می افتد. ضربه فشرده سازی در عین حال، مشخص می شود که هنگام استفاده از سوخت دیزل، مشکلاتی در تبخیر بخش های قابل اشتعال سوخت دیزل وجود دارد و واکنش های شیمیایی قبل از شعله آنها نسبت به بنزین های با اکتان بالا بسیار واضح تر است. و یک نکته بسیار مهم دیگر - معلوم می شود که موتورهای HCCI بدون مشکل با حداکثر 50٪ گازهای باقیمانده در مخلوط های لاغر مربوطه در سیلندرها کار می کنند. از همه اینها نتیجه می شود که بنزین ها برای کار در این نوع واحدها بسیار مناسب تر هستند و پیشرفت ها در این راستا است.

اولین موتورهای نزدیک به صنعت اتومبیل واقعی ، که در آن این فرآیندها در عمل با موفقیت اجرا شد ، موتورهای 1,6 لیتری VW در سال 1992 اصلاح شدند. با کمک آنها ، طراحان ولفسبورگ توانستند در بار جزئی ، کارایی را 34٪ افزایش دهند. کمی بعد ، در سال 1996 ، مقایسه مستقیم موتور HCCI با موتور دیزلی بنزینی و تزریق مستقیم نشان داد که موتورهای HCCI بدون نیاز به سیستم های تزریق گران قیمت کمترین مصرف سوخت و میزان انتشار NOx را نشان دادند. روی سوخت

امروز چه خبر است

امروزه ، علیرغم کاهش دستورالعمل ها ، GM به توسعه موتورهای HCCI ادامه می دهد و این شرکت معتقد است که این نوع ماشین ها به بهبود موتور بنزینی کمک می کند. مهندسان مزدا نیز همین نظر را دارند ، اما در شماره بعدی در مورد آنها صحبت خواهیم کرد. در آزمایشگاه های ملی ساندیا ، که با GM همکاری نزدیک دارند ، در حال حاضر گردش کار جدیدی را اصلاح می کنند ، که نوعی از HCCI است. توسعه دهندگان آن را LTGC برای "احتراق بنزین در دمای پایین" می نامند. از آنجا که در طراحی های قبلی ، حالتهای HCCI محدود به محدوده عملیاتی نسبتاً محدودی هستند و مزیت چندانی نسبت به ماشینهای مدرن برای کاهش اندازه ندارند ، دانشمندان تصمیم گرفتند که به هر حال مخلوط را طبقه بندی کنند. به عبارت دیگر ، ایجاد مناطق فقیرتر و ثروتمند دقیقاً کنترل شده ، اما برخلاف دیزل بیشتر. وقایع در پایان قرن نشان داده است که دمای کار اغلب برای تکمیل واکنشهای اکسیداسیون هیدروکربنها و CO-CO2 کافی نیست. هنگامی که مخلوط غنی شده و تخلیه می شود ، مشکل برطرف می شود ، زیرا دمای آن در طول فرآیند احتراق افزایش می یابد. با این حال ، آنقدر پایین است که باعث تشکیل اکسیدهای نیتروژن نشود. در اواخر قرن ، طراحان هنوز معتقد بودند که HCCI جایگزین دمای پایین موتور دیزلی است که اکسید نیتروژن تولید نمی کند. با این حال ، آنها در فرآیند جدید LTGC نیز ایجاد نمی شوند. بنزین نیز برای این منظور ، مانند نمونه های اولیه GM استفاده می شود ، زیرا دمای تبخیر پایین تری (و مخلوط شدن بهتر با هوا) اما دمای خود اشتعالی بالاتری دارد. به گفته طراحان آزمایشگاه ، ترکیب حالت LTGC و احتراق جرقه در حالتهای نامطلوب و کنترل دشوار ، مانند بار کامل ، منجر به ماشینهایی می شود که بسیار کارآمدتر از واحدهای کوچک سازی موجود هستند. دلفی خودرو در حال توسعه یک فرآیند احتراق فشاری مشابه است. آنها طرحهای خود را GDCI می نامند ، برای "تزریق مستقیم سوختی با فشار احتراق" (تزریق مستقیم بنزین و احتراق فشاری) ، که همچنین کار بی عیب و غنی را برای کنترل فرایند احتراق ارائه می دهد. در دلفی ، این کار با استفاده از انژکتورهایی با پویایی پیچیده تزریق انجام می شود ، به طوری که با وجود کاهش و غنی سازی ، مخلوط به طور کلی به اندازه کافی چرب می شود که دوده ایجاد نمی کند و دمای آن به حدی کم است که اکسید نیتروژن ایجاد نمی کند. طراحان قسمت های مختلف مخلوط را طوری کنترل می کنند که در زمان های مختلف بسوزند. این فرآیند پیچیده شبیه سوخت دیزل است ، انتشار CO2 کم است و تشکیل NOx ناچیز است. دلفی حداقل 4 سال دیگر بودجه دولت آمریکا را تأمین کرده است و علاقه تولیدکنندگان مانند هیوندای به توسعه آنها به این معنی است که آنها متوقف نمی شوند.

بیایید Disotto را به یاد بیاوریم

توسعه طراحان آزمایشگاه تحقیقات موتور دایملر در Untertürkheim Diesotto نام دارد و در حالت راه اندازی و حداکثر بار مانند یک موتور بنزینی کلاسیک با استفاده از تمام مزایای تزریق مستقیم و توربوشارژ آبشاری کار می کند. با این حال، در سرعت‌ها و بارهای کم تا متوسط ​​در یک چرخه، الکترونیک سیستم احتراق را خاموش می‌کند و به حالت کنترل حالت احتراق خودکار می‌رود. در این حالت ، فازهای دریچه های اگزوز به طور اساسی شخصیت خود را تغییر می دهند. آنها در زمان بسیار کوتاهتر از حد معمول و با ضربان بسیار کاهش یافته باز می شوند - بنابراین فقط نیمی از گازهای خروجی زمان دارند تا از محفظه احتراق خارج شوند و بقیه عمداً همراه با بیشتر گرمای موجود در آنها در سیلندرها نگهداری می شوند. . برای دستیابی به دمای بالاتر در محفظه ها، نازل ها بخش کوچکی از سوخت را تزریق می کنند که مشتعل نمی شود، اما با گازهای گرم شده واکنش نشان می دهد. در طول مکش بعدی، بخش جدیدی از سوخت دقیقاً به مقدار مناسب به هر سیلندر تزریق می شود. سوپاپ ورودی برای مدت کوتاهی با یک حرکت کوتاه باز می شود و به مقدار دقیق هوای تازه اجازه می دهد تا وارد سیلندر شده و با گازهای موجود مخلوط شود تا یک مخلوط سوخت بدون چربی با نسبت بالایی از گازهای خروجی تولید کند. به دنبال آن یک ضربه فشرده‌سازی انجام می‌شود که در آن دمای مخلوط تا لحظه خوداشتعالی به افزایش ادامه می‌دهد. زمان‌بندی دقیق فرآیند با کنترل دقیق میزان سوخت، هوای تازه و گازهای خروجی، اطلاعات ثابت از سنسورهایی که فشار را در سیلندر اندازه‌گیری می‌کنند و سیستمی که می‌تواند فوراً نسبت تراکم را با استفاده از مکانیزم غیرمرکز تغییر دهد، به دست می‌آید. تغییر موقعیت میل لنگ به هر حال، عملکرد سیستم مورد نظر به حالت HCCI محدود نمی شود.

مدیریت همه این عملیات پیچیده نیاز به الکترونیک کنترلی دارد که به مجموعه الگوریتم‌های از پیش تعریف شده معمولی که در موتورهای احتراق داخلی معمولی یافت می‌شود تکیه نمی‌کنند، اما اجازه تغییرات عملکرد در زمان واقعی را بر اساس داده‌های حسگر می‌دهند. کار دشوار است، اما نتیجه ارزش آن را دارد - 238 اسب بخار. دیزوتو 1,8 لیتری F700 مفهومی را با انتشار CO2 در کلاس S 127 گرم در کیلومتر و مطابقت با دستورالعمل های سختگیرانه یورو 6 تضمین می کند.

متن: جورجی کولف

صفحه اصلی " مقالات " جای خالی » موتورهای بنزینی و دیزلی در موتورهای یک نفره یا HCCI: قسمت 2