Reynsluakstur bensín- og dísilvéla í einhreyfli eða HCCI vélum: Part 2

Mazda segir að þeir verði fyrstir til að nota það í seríunni

Með hreinum lofttegundum eins og bensíni og skilvirkni dísilolíu. Þessi grein fjallar um það sem gerist þegar hanna er kjörna vél með einsleita blöndun og sjálfkveikju við þjöppun. Hönnuðirnir kalla það einfaldlega HCCI.

Uppsöfnun þekkingar

Grunnur slíkra ferla nær aftur til áttunda áratugarins, þegar japanski verkfræðingurinn Onishi þróaði tækni sína "Virka brennslu í hitalofti". Í garðinum er 1979 tímabil annarrar olíukreppu og fyrstu alvarlegu lagalegra takmarkana af umhverfislegum toga og markmið vélstjórans er að færa tvígengis mótorhjól sem þá voru algeng í samræmi við þessar kröfur. Það er vitað að í létt- og hlutahleðslu er mikið magn af útblásturslofti geymt í strokkum tvígengis eininga og hugmynd japanska hönnuðarins er að breyta ókostum þess í kosti með því að búa til Brunaferli þar sem leifar af lofttegundum og háum eldsneytishita blandast saman fyrir gagnlega vinnu. .

Í fyrsta skipti gátu verkfræðingar frá Onishi teyminu innleitt næstum byltingarkennda tækni í sjálfu sér, sem hrundi af stað sjálfsbrennsluferli sem dró sannarlega úr útblæstri. Hins vegar fundu þeir einnig verulegar umbætur á nýtni vélarinnar og fljótlega eftir að þróunin var kynnt sýndu Toyota, Mitsubishi og Honda svipuð ferli. Hönnuðir voru undrandi á einstaklega mjúkum og um leið háhraða bruna í frumgerðunum, minni eldsneytisnotkun og skaðlegri útblæstri. Árið 1983 birtust fyrstu rannsóknarstofusýnin af fjórgengis sjálfkveikjuvélum, þar sem ferlistýring í ýmsum vinnslumátum er möguleg vegna þess að efnasamsetning og hlutfall íhluta í eldsneytinu sem notað er er algerlega þekkt. Hins vegar er greiningin á þessum ferlum nokkuð frumstæð, þar sem hún byggir á þeirri forsendu að í þessari gerð véla séu þeir framkvæmdir vegna hreyfihvarfa efnaferla og eðlisfræðileg fyrirbæri eins og blöndun og ókyrrð séu óveruleg. Það var á níunda áratugnum sem grunnurinn var lagður að fyrstu greiningarlíkönum ferla sem byggjast á þrýstingi, hitastigi og styrk eldsneytis og lofthluta í rúmmáli hólfsins. Hönnuðir komust að þeirri niðurstöðu að skipta megi rekstri þessarar tegundar véla í tvo meginhluta - íkveikju og rúmmálsorkulosun. Greining á niðurstöðum rannsókna sýnir að sjálfkveikja er hafin af sömu lághita bráðaefnafræðilegu ferlunum (sem eiga sér stað undir 80 gráðum með myndun peroxíða) sem eru ábyrgir fyrir skaðlegum sprengibrennslu í bensínvélum og ferlum við losun aðalorkunnar. eru háhitastig. og eru framkvæmdar yfir þessum skilyrtu hitamörkum.

Ljóst er að vinnan ætti að beinast að rannsókn og rannsókn á niðurstöðum breytinga á efnafræðilegri uppbyggingu og samsetningu hleðslunnar undir áhrifum hita og þrýstings. Vegna vanhæfni til að stjórna kaldræsingu og vinna við hámarksálag í þessum stillingum, grípa verkfræðingar til að nota kerti. Verklega prófið staðfestir einnig þá kenningu að skilvirknin sé minni þegar unnið er með dísileldsneyti, þar sem þjöppunarhlutfallið þarf að vera tiltölulega lágt og við meiri þjöppun kemur sjálfkveikjuferlið of snemma fram. þjöppunarslag. Jafnframt kemur í ljós að við notkun dísileldsneytis eru vandamál með uppgufun eldfimra hluta dísileldsneytis og að efnahvörf þeirra fyrir loga eru mun áberandi en með háoktan bensíni. Og enn eitt mjög mikilvægt atriði - það kemur í ljós að HCCI vélar virka án vandræða með allt að 50% af afgangslofttegundum í samsvarandi mögru blöndunum í strokkunum. Af öllu þessu leiðir að bensín hentar mun betur til að vinna í þessari tegund eininga og þróunin beinist í þessa átt.

Fyrstu vélarnar nálægt raunverulegum bílaiðnaði þar sem þessum ferlum var hrint í framkvæmd með góðum árangri voru breyttar 1,6 lítra vélar frá VW árið 1992. Með hjálp þeirra gátu hönnuðirnir frá Wolfsburg aukið skilvirkni um 34% við hlutaálag. Litlu síðar, árið 1996, sýndi bein samanburður á HCCI vélinni við bensín og bein dæla dísilvél að HCCI vélar sýndu minnstu eldsneytisnotkun og NOx losun án þess að þurfa dýru innspýtingarkerfi. á eldsneyti.

Hvað er að gerast í dag

Í dag, þrátt fyrir lækkun tilskipana, heldur GM áfram að þróa HCCI vélar og fyrirtækið telur að þessi tegund véla muni hjálpa til við að bæta bensínvélina. Sama skoðun er hjá Mazda verkfræðingum en við munum tala um þau í næsta tölublaði. Sandia National Laboratories, í nánu samstarfi við GM, eru nú að betrumbæta nýtt verkflæði, sem er afbrigði af HCCI. Hönnuðirnir kalla það LTGC fyrir „Bensínbrennslu við lágan hita“. Þar sem í fyrri hönnun eru HCCI stillingar takmarkaðar við frekar þröngt starfssvið og hafa ekki mikinn kost á nútíma vélum til að minnka stærð, ákváðu vísindamennirnir að lagskipta blönduna engu að síður. Með öðrum orðum, að búa til nákvæmlega stjórnað fátækari og ríkari svæði, en öfugt við meiri dísel. Atburðir um aldamótin hafa sýnt að rekstrarhiti er oft ófullnægjandi til að ljúka oxunarviðbrögðum kolvetnis og CO-CO2. Þegar blandan er auðguð og tæmd er vandamálinu eytt þar sem hitastig hennar hækkar við brennsluferlið. Hins vegar er það nógu lágt til að hefja ekki myndun köfnunarefnisoxíða. Um aldamótin héldu hönnuðir enn að HCCI væri lághitavari en dísilvél sem myndaði ekki köfnunarefnisoxíð. Hins vegar eru þau ekki búin til í nýju LTGC ferlinu heldur. Bensín er einnig notað í þessum tilgangi, eins og í upprunalegu erfðabreyttu frumgerðunum, þar sem það hefur lægra gufunarhitastig (og betri blöndun við loft) en hærra sjálfkveikjuhita. Samkvæmt rannsóknarstofuhönnuðum mun samsetning LTGC hamar og neistakveikju í óhagstæðari og erfiðari stjórnunarham, svo sem fullfermi, hafa í för með sér mun hagkvæmari vélar en núverandi einingar. Delphi Automotive er að þróa svipað þjöppunarkveikjuferli. Þeir kalla hönnun sína GDCI, fyrir „Compression Ignition Direct Petrol Injection“ (Gasoline Direct Injection and Compression Ignition), sem veitir einnig halla og mikla vinnu við að stjórna brennsluferlinu. Í Delphi er þetta gert með því að nota inndælingartæki með flókinni innspýtingartækni, þannig að þrátt fyrir eyðingu og auðgun er blandan í heild sinni nógu grönn til að mynda ekki sót og nógu lágt hitastig til að mynda köfnunarefnisoxíð. Hönnuðirnir stjórna mismunandi hlutum blöndunnar þannig að þeir brenna á mismunandi tímum. Þetta flókna ferli líkist dísilolíu, CO2 losun er lítil og NOx myndun er hverfandi. Delphi hefur veitt að minnsta kosti 4 ára fjármögnun til viðbótar frá bandarískum stjórnvöldum og áhugi framleiðenda eins og Hyundai á þróun þeirra þýðir að þeir munu ekki hætta.

Minnum á Disotto

Þróun hönnuða Daimler Engine Research Labs í Untertürkheim er kölluð Diesotto og í ræsingu og hámarkshleðslu virkar hún eins og klassísk bensínvél og notar alla kosti beinnar innspýtingar og túrbóhleðslu. Hins vegar, á lágum til miðlungs hraða og álagi innan einnar lotu, mun rafeindabúnaðurinn slökkva á kveikjukerfinu og skipta yfir í sjálfkveikjustillingu. Í þessu tilviki breyta fasar útblásturslokanna um eðli þeirra. Þeir opnast á mun styttri tíma en venjulega og með mun minni slag - þannig að aðeins helmingur útblástursloftanna hefur tíma til að fara úr brunahólfinu og restin er vísvitandi geymd í strokkunum, ásamt mestum hitanum sem er í þeim. . Til að ná enn hærra hitastigi í hólfunum sprauta stútarnir inn litlum hluta eldsneytis sem kviknar ekki heldur hvarfast við hituð lofttegund. Í næsta inntaksslagi er nýjum skammti af eldsneyti sprautað í hvern strokk í nákvæmlega réttu magni. Inntaksventillinn opnast í stutta stund með stuttu slagi og leyfir nákvæmu magni af fersku lofti að komast inn í strokkinn og blandast tiltækum lofttegundum til að framleiða magra eldsneytisblöndu með hátt hlutfalli útblásturslofts. Þessu fylgir þjöppunarslag þar sem hitastig blöndunnar heldur áfram að hækka þar til sjálfkveikjan verður. Nákvæm tímasetning ferlisins næst með því að stjórna nákvæmlega magni eldsneytis, fersku lofts og útblásturslofts, stöðugum upplýsingum frá skynjurum sem mæla þrýstinginn í strokknum og kerfi sem getur breytt þjöppunarhlutfallinu samstundis með því að nota sérvitring. að breyta stöðu sveifarássins. Við the vegur, rekstur viðkomandi kerfis er ekki takmörkuð við HCCI ham.

Að stjórna öllum þessum flóknu aðgerðum krefst stýrir rafeindabúnaðar sem treystir ekki á venjulega sett af fyrirfram skilgreindum reikniritum sem finnast í hefðbundnum brunahreyflum, heldur leyfa rauntímabreytingar á afköstum byggðar á skynjaragögnum. Verkefnið er erfitt, en útkoman er þess virði - 238 hö. 1,8 lítra Diesotto tryggði hugmyndina F700 með S-Class CO2 losun upp á 127 g/km og uppfylli strangar Euro 6 tilskipanir.

Texti: Georgy Kolev

Heim " Greinar " Autt » Bensín- og dísilvélar í einum eða HCCI vélum: 2. hluti