Test drive mesin bensin dan diesel dalam mesin tunggal atau mesin HCCI: Bagian 2

Mazda mengatakan mereka akan menjadi yang pertama menggunakannya dalam seri tersebut

Dengan gas bersih seperti bensin dan efisiensi bahan bakar solar. Artikel ini membahas tentang apa yang terjadi saat merancang mesin ideal dengan pencampuran homogen dan penyulutan otomatis selama kompresi. Para desainer cukup menyebutnya HCCI.

Akumulasi pengetahuan

Fondasi dari proses semacam itu berasal dari tahun tujuh puluhan, ketika insinyur Jepang Onishi mengembangkan teknologinya "Pembakaran aktif di atmosfer termo". Di halaman, 1979 adalah periode krisis minyak kedua dan pembatasan hukum serius pertama yang bersifat lingkungan, dan tujuan insinyur adalah membawa sepeda motor dua tak yang umum pada saat itu untuk memenuhi persyaratan ini. Diketahui bahwa dalam mode beban ringan dan sebagian, sejumlah besar gas buang disimpan dalam silinder unit dua langkah, dan gagasan perancang Jepang adalah mengubah kekurangannya menjadi keuntungan dengan menciptakan proses pembakaran di mana gas residu dan bahan bakar bertemperatur tinggi bercampur untuk pekerjaan yang berguna. .

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.

Jelas bahwa pekerjaan harus difokuskan pada studi dan studi tentang hasil perubahan struktur kimia dan komposisi muatan di bawah pengaruh suhu dan tekanan. Karena ketidakmampuan untuk mengontrol start dingin dan bekerja pada beban maksimum dalam mode ini, para insinyur menggunakan busi. Tes praktis juga menegaskan teori bahwa efisiensi lebih rendah saat beroperasi dengan bahan bakar diesel, karena rasio kompresi harus relatif rendah, dan pada kompresi yang lebih tinggi, proses penyalaan sendiri terjadi terlalu dini. langkah kompresi. Pada saat yang sama, ternyata saat menggunakan bahan bakar solar, terdapat masalah dengan penguapan fraksi bahan bakar solar yang mudah terbakar, dan reaksi kimia pra-nyalanya jauh lebih terasa dibandingkan dengan bensin beroktan tinggi. Dan satu hal lagi yang sangat penting - ternyata mesin HCCI bekerja tanpa masalah hingga 50% gas residu dalam campuran kurus yang sesuai di dalam silinder. Dari semua ini dapat disimpulkan bahwa bensin jauh lebih cocok untuk bekerja di unit jenis ini dan pengembangan diarahkan ke arah ini.

Mesin pertama yang mendekati industri otomotif sebenarnya, di mana proses ini berhasil diterapkan dalam praktiknya, adalah mesin VW 1,6 liter yang dimodifikasi pada tahun 1992. Dengan bantuan mereka, para desainer dari Wolfsburg mampu meningkatkan efisiensi sebesar 34% pada beban parsial. Beberapa saat kemudian, pada tahun 1996, perbandingan langsung antara mesin HCCI dengan mesin bensin dan diesel injeksi langsung menunjukkan bahwa mesin HCCI menunjukkan konsumsi bahan bakar dan emisi NOx yang paling rendah tanpa memerlukan sistem injeksi yang mahal. tentang bahan bakar.

Apa yang terjadi hari ini

Hari ini, terlepas dari arahan perampingan, GM terus mengembangkan mesin HCCI, dan perusahaan percaya bahwa jenis mesin ini akan membantu meningkatkan mesin bensin. Pendapat yang sama dipegang oleh para insinyur Mazda, tetapi kami akan membicarakannya di edisi berikutnya. Di Sandia National Laboratories, bekerja sama dengan GM, mereka sedang menyempurnakan alur kerja baru, yang merupakan varian dari HCCI. Para pengembang menyebutnya LTGC untuk "Pembakaran Bensin Suhu Rendah". Karena dalam desain sebelumnya, mode HCCI terbatas pada rentang operasi yang agak sempit dan tidak memiliki banyak keunggulan dibandingkan mesin modern untuk pengurangan ukuran, para ilmuwan memutuskan untuk membuat stratifikasi campuran. Dengan kata lain, untuk menciptakan daerah miskin dan kaya yang dikontrol secara tepat, tetapi berbeda dengan diesel yang lebih banyak. Peristiwa pada pergantian abad telah menunjukkan bahwa suhu operasi seringkali tidak cukup untuk menyelesaikan reaksi oksidasi hidrokarbon dan CO-CO2. Ketika campuran diperkaya dan habis, masalahnya dihilangkan, karena suhunya naik selama proses pembakaran. Namun, tetap cukup rendah untuk tidak memulai pembentukan oksida nitrogen. Pada pergantian abad, desainer masih percaya bahwa HCCI adalah alternatif suhu rendah untuk mesin diesel yang tidak menghasilkan nitrogen oksida. Namun, mereka juga tidak dibuat dalam proses LTGC baru. Bensin juga digunakan untuk tujuan ini, seperti pada prototipe GM asli, karena memiliki suhu penguapan yang lebih rendah (dan pencampuran yang lebih baik dengan udara) tetapi suhu penyalaan otomatis yang lebih tinggi. Menurut desainer laboratorium, kombinasi mode LTGC dan pengapian percikan dalam mode yang lebih tidak menguntungkan dan sulit dikendalikan, seperti beban penuh, akan menghasilkan mesin yang jauh lebih efisien daripada unit perampingan yang ada. Delphi Automotive sedang mengembangkan proses pengapian kompresi serupa. Mereka menyebut desain mereka GDCI, untuk "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (Gasoline Direct Injection dan Compression Ignition), yang juga menyediakan kerja yang ramping dan kaya untuk mengontrol proses pembakaran. Di Delphi, ini dilakukan dengan menggunakan injektor dengan dinamika injeksi yang kompleks, sehingga, meskipun deplesi dan pengayaan, campuran secara keseluruhan tetap cukup ramping untuk tidak membentuk jelaga, dan suhu yang cukup rendah untuk tidak membentuk nitrogen oksida. Perancang mengontrol bagian yang berbeda dari campuran sehingga mereka terbakar pada waktu yang berbeda. Proses kompleks ini menyerupai bahan bakar diesel, emisi CO2 rendah dan pembentukan nitrogen oksida dapat diabaikan. Delphi telah menyediakan setidaknya 4 tahun lagi pendanaan dari pemerintah AS, dan minat produsen seperti Hyundai dalam pengembangan mereka berarti mereka tidak akan berhenti.

Mari kita ingat Disotto

Pengembangan desainer Daimler Engine Research Labs di Untertürkheim disebut Diesotto dan dalam mode start-up dan beban maksimum bekerja seperti mesin bensin klasik, menggunakan semua keunggulan injeksi langsung dan turbocharging kaskade. Namun, pada kecepatan dan beban rendah hingga sedang dalam satu siklus, elektronik akan mematikan sistem pengapian dan beralih ke mode kontrol mode penyalaan sendiri. Dalam hal ini, fase katup buang secara radikal mengubah karakternya. Mereka terbuka dalam waktu yang jauh lebih singkat dari biasanya dan dengan langkah yang jauh berkurang - jadi hanya setengah dari gas buang yang memiliki waktu untuk meninggalkan ruang bakar, dan sisanya sengaja disimpan di dalam silinder, bersama dengan sebagian besar panas yang terkandung di dalamnya. . Untuk mencapai suhu yang lebih tinggi lagi di dalam bilik, nosel menyuntikkan sebagian kecil bahan bakar yang tidak menyala, tetapi bereaksi dengan gas panas. Selama langkah hisap berikutnya, porsi bahan bakar baru diinjeksikan ke setiap silinder dengan jumlah yang tepat. Katup masuk terbuka sebentar dengan langkah kecil dan memungkinkan jumlah udara segar yang diukur dengan tepat masuk ke silinder dan bercampur dengan gas yang tersedia untuk menghasilkan campuran bahan bakar yang ramping dengan proporsi gas buang yang tinggi. Ini diikuti oleh langkah kompresi di mana suhu campuran terus meningkat hingga saat penyalaan sendiri. Waktu proses yang tepat dicapai dengan mengontrol jumlah bahan bakar, udara segar, dan gas buang secara tepat, informasi konstan dari sensor yang mengukur tekanan dalam silinder, dan sistem yang dapat langsung mengubah rasio kompresi menggunakan mekanisme eksentrik. mengubah posisi poros engkol. Omong-omong, pengoperasian sistem yang dimaksud tidak terbatas pada mode HCCI.

Mengelola semua operasi kompleks ini memerlukan kontrol elektronik yang tidak bergantung pada kumpulan algoritme standar yang biasa ditemukan di mesin pembakaran internal konvensional, tetapi memungkinkan perubahan kinerja waktu nyata berdasarkan data sensor. Tugasnya sulit, tetapi hasilnya sepadan - 238 hp. Diesotto 1,8 liter menjamin konsep F700 dengan emisi S-Class CO2 127 g/km dan sesuai dengan arahan Euro 6 yang ketat.

Teks: Georgy Kolev

Rumah " Artikel " Kosong » Mesin Bensin dan Diesel dalam Mesin Tunggal atau HCCI: Bagian 2