Essai routier de moteurs à essence et diesel dans des moteurs simples ou des moteurs HCCI : partie 2
Essai routier

Essai routier de moteurs à essence et diesel dans des moteurs simples ou des moteurs HCCI : partie 2

Essai routier de moteurs à essence et diesel dans des moteurs simples ou des moteurs HCCI : partie 2

Mazda dit qu'ils seront les premiers à l'utiliser dans la série

Avec des gaz propres comme l'essence et l'efficacité du carburant diesel. Cet article traite de ce qui se passe lors de la conception d'un moteur idéal avec un mélange homogène et une auto-inflammation pendant la compression. Les concepteurs l'appellent simplement HCCI.

Accumulation de connaissances

Les fondements de tels procédés remontent aux années 1979, lorsque l'ingénieur japonais Onishi développa sa technologie "Combustion active dans la thermo-atmosphère". Dans le chantier, XNUMX est la période du deuxième choc pétrolier et des premières restrictions légales sérieuses à caractère environnemental, et l'objectif de l'ingénieur est de mettre en conformité les motos à deux temps courantes à cette époque. On sait qu'en mode léger et à charge partielle, une grande quantité de gaz d'échappement est stockée dans les cylindres des unités à deux temps, et l'idée du designer japonais est de transformer ses inconvénients en avantages en créant un processus de combustion dans lequel les gaz résiduels et la haute température du combustible se mélangent pour un travail utile. .

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.

Il est clair que les travaux doivent être axés sur l'étude et l'étude des résultats des modifications de la structure chimique et de la composition de la charge sous l'influence de la température et de la pression. En raison de l'incapacité de contrôler le démarrage à froid et de travailler à des charges maximales dans ces modes, les ingénieurs ont recours à l'utilisation d'une bougie d'allumage. Le test pratique confirme également la théorie selon laquelle l'efficacité est inférieure lors du fonctionnement avec du carburant diesel, car le taux de compression doit être relativement faible et, à une compression plus élevée, le processus d'auto-allumage se produit trop tôt. coup de compression. Dans le même temps, il s'avère que lors de l'utilisation de carburant diesel, l'évaporation des fractions inflammables du carburant diesel pose des problèmes et que leurs réactions chimiques avant la flamme sont beaucoup plus prononcées qu'avec les essences à indice d'octane élevé. Et encore un point très important - il s'avère que les moteurs HCCI fonctionnent sans problème avec jusqu'à 50% de gaz résiduels dans les mélanges pauvres correspondants dans les cylindres. De tout cela il ressort que les essences sont beaucoup plus adaptées pour travailler dans ce type d'unités et les développements vont dans ce sens.

Les premiers moteurs proches de l'industrie automobile réelle dans lesquels ces processus ont été mis en œuvre avec succès dans la pratique ont été des moteurs VW de 1,6 litre modifiés en 1992. Avec leur aide, les concepteurs de Wolfsburg ont pu augmenter le rendement de 34% à charge partielle. Un peu plus tard, en 1996, une comparaison directe du moteur HCCI à un moteur diesel à essence et à injection directe a montré que les moteurs HCCI affichaient la consommation de carburant et les émissions de NOx les plus faibles sans nécessiter de systèmes d'injection coûteux. sur le carburant.

Que ce passe t'il aujourd'hui

Aujourd'hui, malgré les directives de réduction des effectifs, GM continue de développer des moteurs HCCI, et l'entreprise estime que ce type de machine contribuera à améliorer le moteur à essence. Le même avis est partagé par les ingénieurs Mazda, mais nous en reparlerons dans le prochain numéro. Sandia National Laboratories, en étroite collaboration avec GM, affine actuellement un nouveau flux de travail, qui est une variante du HCCI. Les développeurs l'appellent LTGC pour "Low Temperature Gasoline Combustion". Étant donné que dans les conceptions précédentes, les modes HCCI sont limités à une plage de fonctionnement plutôt étroite et n'ont pas beaucoup d'avantages par rapport aux machines modernes pour la réduction de la taille, les scientifiques ont décidé de stratifier le mélange de toute façon. En d'autres termes, pour créer des zones plus pauvres et plus riches contrôlées avec précision, mais à l'opposé de plus de diesel. Les événements du début du siècle ont montré que les températures de fonctionnement sont souvent insuffisantes pour achever les réactions d'oxydation des hydrocarbures et du CO-CO2. Lorsque le mélange est enrichi et appauvri, le problème est éliminé, car sa température augmente pendant le processus de combustion. Cependant, elle reste suffisamment faible pour ne pas initier la formation d'oxydes d'azote. Au tournant du siècle, les concepteurs croyaient encore que le HCCI était une alternative à basse température à un moteur diesel qui ne générait pas d'oxydes d'azote. Cependant, ils ne sont pas non plus créés dans le nouveau processus LTGC. L'essence est également utilisée à cette fin, comme dans les prototypes originaux de GM, car elle a une température de vaporisation plus basse (et un meilleur mélange avec l'air) mais une température d'auto-inflammation plus élevée. Selon les concepteurs du laboratoire, la combinaison du mode LTGC et de l'allumage par étincelle dans des modes plus défavorables et difficiles à contrôler, tels que la pleine charge, se traduira par des machines beaucoup plus efficaces que les unités de réduction de taille existantes. Delphi Automotive développe un procédé d'allumage par compression similaire. Ils appellent leurs conceptions GDCI, pour "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (Gasoline Direct Injection and Compression Ignition), qui fournit également un travail maigre et riche pour contrôler le processus de combustion. Dans Delphi, cela se fait à l'aide d'injecteurs à dynamique d'injection complexe, de sorte que, malgré l'épuisement et l'enrichissement, le mélange dans son ensemble reste suffisamment pauvre pour ne pas former de suie et à température suffisamment basse pour ne pas former de NOx. Les concepteurs contrôlent différentes parties du mélange afin qu'elles brûlent à des moments différents. Ce processus complexe ressemble au carburant diesel, les émissions de CO2 sont faibles et la formation de NOx est négligeable. Delphi a fourni au moins 4 années supplémentaires de financement du gouvernement américain, et l'intérêt des constructeurs tels que Hyundai dans leur développement signifie qu'ils ne s'arrêteront pas.

Souvenons-nous de Disotto

Le développement des concepteurs des Daimler Engine Research Labs à Untertürkheim s'appelle Diesotto et en mode démarrage et charge maximale, il fonctionne comme un moteur à essence classique, en utilisant tous les avantages de l'injection directe et de la turbocompression en cascade. Cependant, à des vitesses et des charges faibles à moyennes au cours d'un cycle, l'électronique éteindra le système d'allumage et passera en mode de contrôle du mode d'auto-allumage. Dans ce cas, les phases des soupapes d'échappement changent radicalement de caractère. Ils s'ouvrent dans un temps beaucoup plus court que d'habitude et avec une course beaucoup plus réduite - de sorte que seule la moitié des gaz d'échappement ont le temps de quitter la chambre de combustion, et le reste est délibérément conservé dans les cylindres, avec la majeure partie de la chaleur qu'ils contiennent . Pour atteindre une température encore plus élevée dans les chambres, les buses injectent une petite portion de carburant qui ne s'enflamme pas, mais réagit avec les gaz chauffés. Au cours de la course d'admission suivante, une nouvelle portion de carburant est injectée dans chaque cylindre exactement dans la bonne quantité. La soupape d'admission s'ouvre brièvement avec une courte course et permet à une quantité dosée avec précision d'air frais d'entrer dans le cylindre et de se mélanger aux gaz disponibles pour produire un mélange de carburant pauvre avec une forte proportion de gaz d'échappement. Ceci est suivi d'une course de compression dans laquelle la température du mélange continue d'augmenter jusqu'au moment de l'auto-inflammation. La synchronisation précise du processus est obtenue en contrôlant avec précision la quantité de carburant, d'air frais et de gaz d'échappement, des informations constantes provenant de capteurs qui mesurent la pression dans le cylindre et un système qui peut modifier instantanément le taux de compression à l'aide d'un mécanisme excentrique. changer la position du vilebrequin. Soit dit en passant, le fonctionnement du système en question n'est pas limité au mode HCCI.

La gestion de toutes ces opérations complexes nécessite une électronique de commande qui ne repose pas sur l'ensemble habituel d'algorithmes prédéfinis que l'on trouve dans les moteurs à combustion interne conventionnels, mais permet des changements de performances en temps réel basés sur les données des capteurs. La tâche est difficile, mais le résultat en vaut la peine - 238 ch. Le Diesotto de 1,8 litre garantissait au concept F700 des émissions de CO2 de Classe S de 127 g/km et la conformité aux strictes directives Euro 6.

Texte: Georgy Kolev

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