Դիզելային և բենզինի փորձարկում՝ տեսակները

Դիզելային և բենզինային շարժիչների լարված դիմակայությունը հասնում է իր գագաթնակետին. Վերջին տուրբո տեխնոլոգիան, էլեկտրոնային եղանակով կառավարվող ընդհանուր երկաթուղային ուղիղ ներարկման համակարգերը, սեղմման բարձր գործակիցները – մրցակցությունը մոտեցնում է երկու տեսակի շարժիչները… Եվ հանկարծ, հնագույն մենամարտի մեջ, նոր խաղացողը հանկարծակի հայտնվեց ասպարեզում: մի տեղ արևի տակ.

Երկար տարիների անտեսումից հետո դիզայներները վերագտել են դիզելային շարժիչի հսկայական ներուժը և արագացրել դրա զարգացումը նոր տեխնոլոգիաների ինտենսիվ ներդրման միջոցով: Բանն այն աստիճանի հասավ, որ դրա դինամիկ բնութագրերը մոտեցան բենզինի մրցակցին և հնարավորություն տվեցին ստեղծել մինչ այժմ աներևակայելի մեքենաներ, ինչպիսիք են Volkswagen Race Touareg-ը և Audi R10 TDI-ն ավելի քան լուրջ մրցարշավային հավակնություններով: Վերջին տասնհինգ տարիների իրադարձությունների ժամանակագրությունը քաջ հայտնի է… 1936-ների դիզելային շարժիչները սկզբունքորեն չէին տարբերվում իրենց նախնիներից, որոնք ստեղծվել էին Mercedes-Benz-ի կողմից դեռևս 13 թվականին: Հետևեց դանդաղ էվոլյուցիայի գործընթաց, որը վերջին տարիներին վերածվեց հզոր տեխնոլոգիական պայթյունի: 1-ականների վերջում Mercedes-ը վերստեղծեց առաջին ավտոմոբիլային տուրբոդիզելը, XNUMX-ինների վերջում ուղղակի ներարկումը հայտնվեց Audi մոդելում, ավելի ուշ դիզելները ստացան չորս փական գլխիկներ, իսկ XNUMX-ականների վերջում՝ էլեկտրոնային կառավարվող ընդհանուր երկաթուղային ներարկման համակարգեր։ իրականություն դարձավ. . Միևնույն ժամանակ, բենզինային շարժիչներում ներդրվել է վառելիքի բարձր ճնշման ուղղակի ներարկում, որտեղ սեղմման հարաբերակցությունը որոշ դեպքերում այսօր հասնում է XNUMX:XNUMX-ի: Վերջերս տուրբո տեխնոլոգիան նույնպես վերածնունդ է ապրել, բենզինային շարժիչի ոլորող մոմենտների արժեքները սկսել են մոտենալ իրենց ճկուն տուրբոդիզելներով հայտնիներին: Այնուամենայնիվ, արդիականացմանը զուգահեռ, կայուն միտում է նկատվում բենզինային շարժիչի արժեքի լուրջ բարձրացման ուղղությամբ… Այսպիսով, չնայած աշխարհի տարբեր մասերում բենզինային և դիզելային շարժիչների վերաբերյալ կարծիքների ընդգծված նախապաշարմունքներին և բևեռացմանը, ոչ մեկը: երկու մրցակիցներից շոշափելի գերակայություն է ձեռք բերում։

Չնայած երկու տեսակի ագրեգատների որակների համընկնումին, դեռևս կան հսկայական տարբերություններ երկու ջերմային շարժիչների բնույթի, բնույթի և վարքագծի մեջ:

Բենզինային շարժիչի դեպքում օդի և գոլորշիացված վառելիքի խառնուրդը ձևավորվում է շատ ավելի երկար ժամանակահատվածում և սկսվում է այրման գործընթացի մեկնարկից շատ առաջ: Անկախ նրանից, թե օգտագործելով կարբյուրատոր կամ ժամանակակից էլեկտրոնային ուղղակի ներարկման համակարգեր, խառնման նպատակը վառելիքի միատեսակ, համասեռ խառնուրդ արտադրելն է՝ լավ սահմանված օդ-վառելիք հարաբերակցությամբ: Այս արժեքը սովորաբար մոտ է այսպես կոչված «ստոյխիոմետրիկ խառնուրդին», որի մեջ կան բավականաչափ թթվածնի ատոմներ, որպեսզի կարողանան (տեսականորեն) կապվել կայուն կառուցվածքում վառելիքի յուրաքանչյուր ջրածնի և ածխածնի ատոմի հետ՝ ձևավորելով միայն H20 և CO2: Քանի որ սեղմման հարաբերակցությունը բավական փոքր է, որպեսզի խուսափի վառելիքի որոշ նյութերի վաղաժամ անվերահսկելի ինքնաբռնկումից բարձր սեղմման ջերմաստիճանի պատճառով (բենզինի բաժինը բաղկացած է ածխաջրածիններից՝ գոլորշիացման շատ ավելի ցածր ջերմաստիճանով և շատ ավելի բարձր այրման ջերմաստիճանով): ինքնաբռնկումը դիզելային ֆրակցիայում գտնվողներից), խառնուրդի բռնկումը սկսվում է կայծային մոմով, և այրումը տեղի է ունենում որոշակի արագության սահմանաչափով շարժվող ճակատի տեսքով: Ցավոք, այրման պալատում ձևավորվում են թերի պրոցեսներով գոտիներ, որոնք հանգեցնում են ածխածնի մոնօքսիդի և կայուն ածխաջրածինների ձևավորմանը, և երբ բոցի ճակատը շարժվում է, ճնշումը և ջերմաստիճանը նրա ծայրամասում մեծանում են, ինչը հանգեցնում է վնասակար ազոտի օքսիդների ձևավորմանը ( օդի ազոտի և թթվածնի միջև, պերօքսիդների և հիդրոպերօքսիդների միջև (թթվածնի և վառելիքի միջև): Վերջիններիս կրիտիկական արժեքների կուտակումը հանգեցնում է անվերահսկելի պայթեցման այրման, հետևաբար, ժամանակակից բենզիններում օգտագործվում են համեմատաբար կայուն, դժվար պայթեցվող քիմիական «կառուցվածքով» մոլեկուլների ֆրակցիաներ. իրականացվում են մի շարք լրացուցիչ գործընթացներ: նավթավերամշակման գործարաններում նման կայունության հասնելու համար: ներառյալ վառելիքի օկտանային քանակի ավելացումը: Բենզինային շարժիչները կարող են աշխատել հիմնականում ֆիքսված խառնուրդի հարաբերակցության շնորհիվ, դրանցում կարևոր դեր է խաղում շնչափող փականը, որով շարժիչի բեռը կարգավորվում է՝ կարգավորելով մաքուր օդի քանակը: Սակայն այն իր հերթին դառնում է զգալի կորուստների աղբյուր մասնակի ծանրաբեռնվածության ռեժիմում՝ խաղալով շարժիչի մի տեսակ «կոկորդի խցանի» դեր։

Դիզելային շարժիչի ստեղծողի՝ Ռուդոլֆ Դիզելի գաղափարն է էապես բարձրացնել սեղմման գործակիցը, հետևաբար՝ մեքենայի թերմոդինամիկական արդյունավետությունը: Այսպիսով, վառելիքի խցիկի տարածքը նվազում է, և այրման էներգիան չի ցրվում մխոցի և հովացման համակարգի պատերի միջով, այլ «ծախսվում» է հենց մասնիկների միջև, որոնք այս դեպքում շատ ավելի մոտ են յուրաքանչյուրին: այլ. Եթե ​​նախապես պատրաստված օդ-վառելիքի խառնուրդը մտնում է այս տեսակի շարժիչի այրման պալատը, ինչպես բենզինային շարժիչի դեպքում, ապա երբ սեղմման գործընթացում որոշակի կրիտիկական ջերմաստիճան է հասնում (կախված սեղմման հարաբերակցությունից և վառելիքի տեսակից. ), ինքնահրկիզման գործընթացը կսկսվի GMT-ից շատ առաջ: անվերահսկելի ծավալային այրում. Այս պատճառով է, որ դիզելային վառելիքը ներարկվում է վերջին պահին, GMT-ից քիչ առաջ, շատ բարձր ճնշման տակ, ինչը ժամանակի զգալի պակաս է ստեղծում լավ գոլորշիացման, դիֆուզիայի, խառնման, ինքնաբռնկման և առավելագույն արագության սահմանաչափի անհրաժեշտության համար: որը հազվադեպ է գերազանցում սահմանը։ 4500 rpm-ից Այս մոտեցումը համապատասխան պահանջներ է սահմանում վառելիքի որակի համար, որն այս դեպքում դիզելային վառելիքի մասնաբաժին է. հիմնականում ուղիղ թորումներ՝ զգալիորեն ցածր ինքնաբռնկման ջերմաստիճանով, քանի որ ավելի անկայուն կառուցվածքը և երկար մոլեկուլները դրանց հեշտացման նախապայմանն են։ պատռվածք և ռեակցիա թթվածնի հետ:

Դիզելային շարժիչի այրման գործընթացների առանձնահատկությունն են, մի կողմից, ներարկման անցքերի շուրջ հարստացված խառնուրդով գոտիները, որտեղ վառելիքը քայքայվում է (ճաքում) ջերմաստիճանից առանց օքսիդացման՝ վերածվելով ածխածնի մասնիկների (մուր) աղբյուրի. իսկ մյուս կողմից. որոնցում վառելիքը իսպառ բացակայում է և բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ օդում ազոտն ու թթվածինը մտնում են քիմիական փոխազդեցության մեջ՝ առաջացնելով ազոտի օքսիդներ։ Հետևաբար, դիզելային շարժիչները միշտ կարգավորվում են միջին նիհար խառնուրդներով (այսինքն՝ օդի լուրջ ավելցուկով) աշխատելու համար, և բեռը կարգավորվում է միայն ներարկվող վառելիքի չափաքանակով: Սա խուսափում է շնչափողի օգտագործումից, ինչը հսկայական առավելություն է բենզինի գործընկերների նկատմամբ: Բենզինային շարժիչի որոշ թերությունները փոխհատուցելու համար դիզայներները ստեղծել են շարժիչներ, որոնցում խառնուրդի ձևավորման գործընթացը այսպես կոչված «լիցքավորման շերտավորումն է»:

Մասնակի բեռնվածության ռեժիմում օպտիմալ ստոյխիոմետրիկ խառնուրդը ստեղծվում է միայն կայծային մոմերի էլեկտրոդների շրջակայքում՝ ներարկվող վառելիքի շիթերի հատուկ ներարկման, ուղղորդված օդի հոսքի, հատուկ մխոցի առջևի պրոֆիլի և այլ նմանատիպ մեթոդների շնորհիվ, որոնք ապահովում են հուսալի բռնկում: Այս դեպքում, խցիկի ծավալի մեծ մասում խառնուրդը մնում է նիհար, և քանի որ այս ռեժիմում բեռը կարող է վերահսկվել միայն մատակարարվող վառելիքի քանակով, շնչափող փականը կարող է լիովին բաց մնալ: Սա իր հերթին հանգեցնում է կորուստների միաժամանակյա նվազմանը և շարժիչի թերմոդինամիկական արդյունավետության բարձրացմանը։ Տեսականորեն ամեն ինչ հիանալի է թվում, բայց առայժմ Mitsubishi-ի և VW-ի կողմից արտադրված այս տեսակի շարժիչների հաջողությունը դյութիչ չէ: Ընդհանրապես, առայժմ ոչ ոք չի կարող պարծենալ, որ լիովին օգտվել է այդ տեխնոլոգիական լուծումներից։

Իսկ եթե «կախարդաբար» համատեղեք երկու տեսակի շարժիչների առավելությունները. Ո՞րն է լինելու բարձր դիզելային սեղմման, խառնուրդի միատարր բաշխման իդեալական համադրությունը այրման պալատի ծավալով և միատեսակ ինքնաբռնկման նույն ծավալով: Վերջին տարիներին այս տեսակի փորձարարական ստորաբաժանումների ինտենսիվ լաբորատոր ուսումնասիրությունները ցույց են տվել արտանետվող գազերում վնասակար արտանետումների զգալի նվազում (օրինակ, ազոտի օքսիդների քանակը կրճատվում է մինչև 99%): Բենզինային շարժիչների համեմատ արդյունավետության բարձրացումով: . Թվում է, թե ապագան իսկապես պատկանում է շարժիչներին, որոնք ավտոմոբիլային ընկերությունները և անկախ դիզայներական ընկերությունները վերջերս միավորել են HCCI-ի հովանու ներքո՝ համասեռ լիցքավորման սեղմման բոցավառման շարժիչներ կամ համասեռ լիցքավորման ինքնաբռնկման շարժիչներ:

Ինչպես շատ այլ թվացող «հեղափոխական» զարգացումներ, նման մեքենայի ստեղծման գաղափարը նոր չէ, և մինչ այժմ հուսալի արտադրական մոդել ստեղծելու փորձերը դեռևս անհաջող են: Միևնույն ժամանակ, էլեկտրոնային գործընթացների վերահսկման աճող հնարավորությունները և գազի բաշխման համակարգերի ավելի մեծ ճկունությունը ստեղծում են շատ իրատեսական և լավատեսական հեռանկար նոր տեսակի շարժիչի համար:

Փաստորեն, այս դեպքում դա բենզինային և դիզելային շարժիչների շահագործման սկզբունքների մի տեսակ հիբրիդ է։ Լավ համասեռացված խառնուրդը, ինչպես բենզինային շարժիչներում, մտնում է HCCI այրման խցիկներ, սակայն այն ինքնաբռնկվում է սեղմումից առաջացած ջերմության պատճառով: Նոր տեսակի շարժիչը նույնպես չի պահանջում շնչափող փական, քանի որ այն կարող է աշխատել նիհար խառնուրդների վրա: Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ այս դեպքում «նիհար խառնուրդ» իմաստը էապես տարբերվում է դիզելային վառելիքի սահմանումից, քանի որ HCCI-ն չունի լիարժեք նիհար և բարձր հարուստ խառնուրդներ, այլ հավասարապես նիհար խառնուրդի տեսակ է: Գործողության սկզբունքը ենթադրում է խառնուրդի միաժամանակյա բոցավառում մխոցի ամբողջ ծավալով առանց միատեսակ շարժվող բոցի ճակատի և շատ ավելի ցածր ջերմաստիճանում: Սա ինքնաբերաբար հանգեցնում է արտանետվող գազերում ազոտի օքսիդների և մուրի քանակի զգալի նվազմանը և, ըստ մի շարք հեղինակավոր աղբյուրների, 2010-2015 թվականներին շատ ավելի արդյունավետ HCCI-ների զանգվածային արտադրության մեջ ներմուծմանը: Մարդկությանը կփրկի մոտ կես միլիոն բարել: յուղ օրական.

Այնուամենայնիվ, նախքան դրան հասնելը, հետազոտողները և ինժեներները պետք է հաղթահարեն այս պահին ամենամեծ գայթակղությունը՝ ինքնաբռնկման գործընթացները վերահսկելու հուսալի միջոցի բացակայությունը՝ օգտագործելով տարբեր քիմիական բաղադրությամբ ֆրակցիաներ, հատկություններ և ժամանակակից վառելիքի վարքագիծ: Մի շարք հարցեր առաջանում են տարբեր բեռների, պտույտների և շարժիչի ջերմաստիճանի պայմաններում պրոցեսների պարունակության պատճառով: Որոշ փորձագետների կարծիքով՝ դա կարելի է անել՝ արտանետվող գազերի ճշգրիտ չափված քանակությունը վերադարձնելով բալոն, խառնուրդը նախապես տաքացնելով կամ դինամիկ կերպով փոխելով սեղմման գործակիցը կամ ուղղակիորեն փոխելով սեղմման գործակիցը (օրինակ՝ SVC Saab-ի նախատիպը) կամ փոխելով փականի փակման ժամանակը, օգտագործելով փոփոխական համակարգերի գազի բաշխումը:

Դեռևս պարզ չէ, թե ինչպես կվերացվի շարժիչի դիզայնի վրա աղմուկի և ջերմադինամիկ ազդեցությունների խնդիրը՝ ամբողջ ծանրաբեռնվածությամբ մեծ քանակությամբ թարմ խառնուրդի ինքնաբռնկման հետևանքով: Իրական խնդիրը շարժիչը բալոններում ցածր ջերմաստիճանում գործարկելն է, քանի որ նման պայմաններում ինքնաբռնկում սկսելը բավականին դժվար է: Ներկայումս շատ հետազոտողներ աշխատում են վերացնելու այս խցանումները՝ օգտագործելով սենսորներով նախատիպերի դիտարկումների արդյունքները՝ բալոններում աշխատանքային գործընթացների շարունակական էլեկտրոնային հսկողության և իրական ժամանակում վերլուծելու համար:

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.

HCCI շարժիչներում խառնուրդի բռնկումը կարող է իրականացվել վառելիքի, օդի և արտանետվող գազերի միջև հարաբերակցության լայն շրջանակով (բավական է հասնել ինքնաբռնկման ջերմաստիճանին), իսկ այրման կարճ ժամանակը հանգեցնում է շարժիչի արդյունավետության զգալի բարձրացման: Նոր տեսակի ագրեգատների որոշ խնդիրներ կարող են հաջողությամբ լուծվել հիբրիդային համակարգերի հետ համատեղ, օրինակ՝ Toyota-ի Hybrid Synergy Drive-ը. այս դեպքում ներքին այրման շարժիչը կարող է օգտագործվել միայն որոշակի ռեժիմով, որն օպտիմալ է արագության և բեռի առումով: աշխատանքի ժամանակ՝ այդպիսով շրջանցելով այն ռեժիմները, որոնցում շարժիչը դժվարանում է կամ դառնում անարդյունավետ։

HCCI շարժիչներում այրումը, որը ձեռք է բերվում խառնուրդի ջերմաստիճանի, ճնշման, քանակական և որակական կազմի ինտեգրված վերահսկման միջոցով GMT-ին մոտ դիրքում, իսկապես մեծ խնդիր է կայծային մոմերի միջոցով ավելի պարզ բռնկման ֆոնին: Մյուս կողմից, HCCI-ն կարիք չունի ստեղծելու տուրբուլենտ գործընթացներ, որոնք կարևոր են բենզինային և հատկապես դիզելային շարժիչների համար՝ պայմանավորված ինքնաբռնկման միաժամանակյա ծավալային բնույթով։ Միևնույն ժամանակ, հենց այդ պատճառով է, որ նույնիսկ փոքր ջերմաստիճանի շեղումները կարող են հանգեցնել կինետիկ գործընթացների զգալի փոփոխությունների:

Գործնականում այս տեսակի շարժիչի ապագայի համար ամենակարեւոր գործոնը վառելիքի տեսակն է, և ճիշտ նախագծային լուծում կարելի է գտնել միայն այրման պալատում դրա վարքագծի մանրամասն իմացությամբ: Հետևաբար, շատ ավտոմոբիլային ընկերություններ ներկայումս աշխատում են նավթային ընկերությունների հետ (օրինակ, Toyota-ն և ExxonMobil-ը), և այս փուլում փորձերի մեծ մասն իրականացվում է հատուկ նախագծված սինթետիկ վառելիքով, որի բաղադրությունը և վարքը նախապես հաշվարկված են: HCCI-ում բենզինի և դիզելային վառելիքի օգտագործման արդյունավետությունը հակասում է դասական շարժիչների տրամաբանությանը: Բենզինների ինքնաբռնկման բարձր ջերմաստիճանի պատճառով դրանց սեղմման հարաբերակցությունը կարող է տատանվել 12:1-ից մինչև 21:1, իսկ դիզելային վառելիքում, որը բռնկվում է ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, այն պետք է լինի համեմատաբար փոքր՝ ընդամենը 8-ի կարգի: :1.

Տեքստ ՝ Գեորգի Կոլև

Լուսանկարը՝ ընկերություն