საცდელი დიზელი და ბენზინი: ტიპები

დიზელისა და ბენზინის ძრავებს შორის დაძაბული დაპირისპირება კულმინაციას აღწევს. უახლესი ტურბო ტექნოლოგია, ელექტრონულად კონტროლირებადი Common-Rail პირდაპირი ინექციის სისტემები, მაღალი შეკუმშვის კოეფიციენტები - მეტოქეობა აახლოებს ორი ტიპის ძრავებს... და მოულოდნელად, უძველესი დუელის შუაგულში, სცენაზე მოულოდნელად ახალი მოთამაშე გამოჩნდა. ადგილი მზის ქვეშ.

მრავალი წლის უგულებელყოფის შემდეგ, დიზაინერებმა ხელახლა აღმოაჩინეს დიზელის ძრავის უზარმაზარი პოტენციალი და დააჩქარეს მისი განვითარება ახალი ტექნოლოგიების ინტენსიური დანერგვით. საქმე იქამდე მივიდა, რომ მისი დინამიური შესრულება მიუახლოვდა ბენზინის კონკურენტის მახასიათებლებს და ნება დართო აქამდე წარმოუდგენელი მანქანების შექმნას, როგორიცაა Volkswagen Race Touareg და Audi R10 TDI უფრო სერიოზული სარბოლო ამბიციებით. ბოლო თხუთმეტი წლის მოვლენების ქრონოლოგია კარგად არის ცნობილი ... 1936– ის დიზელის ძრავები ძირეულად არ განსხვავდებოდა მათი წინაპრებისგან, რომლებიც შეიქმნა Mercedes-Benz– ის მიერ 13 წელს. მოჰყვა ნელი ევოლუციის პროცესი, რომელიც ბოლო წლებში გადაიზარდა ძლიერ ტექნოლოგიურ აფეთქებაში. 1-იანი წლების ბოლოს, მერსედესმა ხელახლა შექმნა პირველი საავტომობილო ტურბოდიზელი, გვიან XNUMX-იან წლებში, პირდაპირი ინექცია დებიუტირებული იქნა აუდის მოდელში, მოგვიანებით დიზელებმა მიიღეს ოთხი სარქველიანი თავი, ხოლო გვიან XNUMX- ში, ელექტრონული კონტროლირებადი Common Rail ინექციის სისტემები რეალობად იქცა. ... იმავდროულად, მაღალი წნევის პირდაპირი საწვავის ინექცია დაინერგა ბენზინის ძრავებში, სადაც შეკუმშვის კოეფიციენტი დღეს აღწევს XNUMX: XNUMX ზოგიერთ შემთხვევაში. ცოტა ხნის წინ, ტურბო ტექნოლოგია ასევე განიცდის რენესანსს, ბენზინის ძრავების ბრუნვის მნიშვნელობები იწყებს მნიშვნელოვნად მიუახლოვდეს ცნობილი მოქნილი ტურბო დიზელის ბრუნვის მნიშვნელობებს. თუმცა, მოდერნიზაციის პარალელურად, ბენზინის ძრავის ფასის სერიოზული ზრდის ტენდენციის სტაბილური ტენდენცია რჩება ... ასე რომ, მიუხედავად განსხვავებული ცრურწმენებისა და მოსაზრებების პოლარიზაციის ბენზინისა და დიზელის ძრავებისა მსოფლიოს სხვადასხვა კუთხეში, არც ერთი ორი მეტოქე იძენს ხელშესახებ დომინირებას.

ორი ტიპის ერთეულის თვისებების დამთხვევის მიუხედავად, მაინც არსებობს დიდი განსხვავებები ორი სითბოს ძრავის ხასიათში, ხასიათსა და ქცევაში.

ბენზინის ძრავის შემთხვევაში ჰაერისა და აორთქლებული საწვავის ნაზავი წარმოიქმნება გაცილებით ხანგრძლივ პერიოდში და იწყება წვის პროცესის დაწყებამდე დიდი ხნით ადრე. კარბურატორის გამოყენებით თუ თანამედროვე ელექტრონული პირდაპირი ინექციის სისტემების გამოყენებით, შერევის მიზანია საწვავის ერთიანი, ერთგვაროვანი ნარევის წარმოება კარგად განსაზღვრული ჰაერ-საწვავის თანაფარდობით. ეს მნიშვნელობა, როგორც წესი, ახლოსაა ეგრეთ წოდებულ „სტოიქიომეტრულ ნარევთან“, რომელშიც საკმარისია ჟანგბადის ატომები, რათა (თეორიულად) შეეძლოს სტაბილურ სტრუქტურაში შეერთება წყალბადის და ნახშირბადის ყველა ატომთან საწვავში, რაც ქმნის მხოლოდ H20 და CO2. იმის გამო, რომ შეკუმშვის კოეფიციენტი საკმარისად მცირეა, რათა თავიდან იქნას აცილებული საწვავში ზოგიერთი ნივთიერების ნაადრევი უკონტროლო ავტომატური აალება მაღალი შეკუმშვის ტემპერატურის გამო (ბენზინის ფრაქცია შედგება ნახშირწყალბადებისგან გაცილებით დაბალი აორთქლების ტემპერატურით და გაცილებით მაღალი წვის ტემპერატურით). თვითანთება დიზელის ფრაქციაში მყოფისაგან), ნარევის აალება იწყება ნაპერწკალი სანთლით და წვა ხდება წინა ნაწილის სახით, რომელიც მოძრაობს გარკვეული სიჩქარის ლიმიტით. სამწუხაროდ, წვის პალატაში წარმოიქმნება არასრული პროცესების მქონე ზონები, რაც იწვევს ნახშირბადის მონოქსიდის და სტაბილური ნახშირწყალბადების წარმოქმნას, ხოლო როდესაც ალის ფრონტი მოძრაობს, მის პერიფერიაზე წნევა და ტემპერატურა იზრდება, რაც იწვევს მავნე აზოტის ოქსიდების წარმოქმნას ( ჰაერის აზოტსა და ჟანგბადს შორის), პეროქსიდებსა და ჰიდროპეროქსიდებს (ჟანგბადსა და საწვავს შორის). ამ უკანასკნელის კრიტიკულ მნიშვნელობებამდე დაგროვება იწვევს უკონტროლო დეტონაციურ წვას, ამიტომ თანამედროვე ბენზინებში გამოიყენება მოლეკულების ფრაქციები შედარებით სტაბილური, ძნელად აფეთქებადი ქიმიური "კონსტრუქციით" - ტარდება მთელი რიგი დამატებითი პროცესები. გადამამუშავებელ ქარხნებში ასეთი სტაბილურობის მისაღწევად. საწვავის ოქტანური რაოდენობის მატების ჩათვლით. ნარევების დიდწილად ფიქსირებული თანაფარდობის გამო, რომელიც ბენზინის ძრავებს შეუძლიათ იმუშაონ, დროსელის სარქველი მათში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს, რომლითაც ძრავის დატვირთვა რეგულირდება სუფთა ჰაერის რაოდენობის რეგულირებით. თუმცა, ის, თავის მხრივ, ხდება მნიშვნელოვანი დანაკარგების წყარო ნაწილობრივი დატვირთვის რეჟიმში, რომელიც ასრულებს ძრავის ერთგვარი „ყელის საცობის“ როლს.

დიზელის ძრავის შემქმნელის, რუდოლფ დიზელის იდეა არის მნიშვნელოვნად გაზარდოს შეკუმშვის კოეფიციენტი და, შესაბამისად, აპარატის თერმოდინამიკური ეფექტურობა. ამრიგად, საწვავის კამერის ფართობი მცირდება და წვის ენერგია არ იშლება ცილინდრისა და გაგრილების სისტემის კედლებში, არამედ "იხარჯება" თავად ნაწილაკებს შორის, რომლებიც ამ შემთხვევაში ბევრად უფრო ახლოს არიან თითოეულთან. სხვა. თუ წინასწარ მომზადებული ჰაერ-საწვავის ნარევი შედის ამ ტიპის ძრავის წვის პალატაში, როგორც ბენზინის ძრავის შემთხვევაში, მაშინ როდესაც შეკუმშვის პროცესში მიიღწევა გარკვეული კრიტიკული ტემპერატურა (დამოკიდებულია შეკუმშვის კოეფიციენტზე და საწვავის ტიპზე ), თვითანთების პროცესი დაიწყება GMT-მდე დიდი ხნით ადრე. უკონტროლო მოცულობითი წვა. სწორედ ამ მიზეზით ხდება დიზელის საწვავის ინექცია ბოლო მომენტში, GMT-მდე ცოტა ხნით ადრე, ძალიან მაღალ წნევაზე, რაც ქმნის დროის მნიშვნელოვან ნაკლებობას კარგი აორთქლების, დიფუზიის, შერევისთვის, თვითანთებისთვის და მაქსიმალური სიჩქარის ლიმიტის საჭიროებისთვის. რომელიც იშვიათად აჭარბებს ზღვარს. 4500 ბრ/წთ-დან ეს მიდგომა აწესებს შესაბამის მოთხოვნებს საწვავის ხარისხზე, რომელიც ამ შემთხვევაში დიზელის საწვავის ნაწილია - ძირითადად სწორი დისტილატები მნიშვნელოვნად დაბალი თვითაალების ტემპერატურით, რადგან უფრო არასტაბილური სტრუქტურა და გრძელი მოლეკულები მათი გამარტივების წინაპირობაა. რღვევა და რეაქცია ჟანგბადთან.

დიზელის ძრავის წვის პროცესების თავისებურებაა, ერთი მხრივ, ინექციური ხვრელების გარშემო მდიდარი ნარევით ზონები, სადაც საწვავი იშლება (ბზარები) ტემპერატურისგან დაჟანგვის გარეშე, ხდება ნახშირბადის ნაწილაკების წყარო (ჭვარტლი) და მეორე. რომელშიც საერთოდ არ არის საწვავი და მაღალი ტემპერატურის გავლენით, აზოტი და ჟანგბადი ჰაერში შედიან ქიმიურ ურთიერთქმედებაში და წარმოქმნიან აზოტის ოქსიდებს. ამიტომ, დიზელის ძრავები ყოველთვის მზადდება საშუალო მგრძნობიარე ნარევებით მუშაობისთვის (ეს არის ჰაერის ძლიერი სიჭარბე) და დატვირთვა კონტროლდება მხოლოდ შეყვანილი საწვავის დოზირებით. ეს ხელს უშლის გაზის გამოყენებას, რაც უდიდესი უპირატესობაა მათი ბენზინის კოლეგებთან შედარებით. ბენზინის ძრავის ზოგიერთი ნაკლის კომპენსაციის მიზნით, დიზაინერებმა შექმნეს ძრავები, რომელშიც ნარევის წარმოქმნის პროცესი არის ე.წ. "მუხტის სტრატიფიკაცია".

ნაწილობრივი დატვირთვის რეჟიმში, ოპტიმალური სტოიომეტრიული ნარევი იქმნება მხოლოდ სანთლის ელექტროდების მიმდებარე ტერიტორიაზე ინექციური საწვავის ჭავლის სპეციალური ინექციის, ჰაერის მიმართული ნაკადის, დგუშის წინა პროფილის და სხვა მსგავსი მეთოდების გამო, რაც უზრუნველყოფს ანთების საიმედოობას. ამავდროულად, პალატის მოცულობის უმეტეს ნაწილში ნარევი რჩება სუსტი, და რადგან ამ რეჟიმში დატვირთვა შეიძლება კონტროლდებოდეს მხოლოდ მიწოდებული საწვავის რაოდენობით, გასროლის სარქველი შეიძლება სრულად ღია დარჩეს. ეს, თავის მხრივ, იწვევს დანაკარგების ერთდროულ შემცირებას და ძრავის თერმოდინამიკური ეფექტურობის ზრდას. თეორიულად ყველაფერი მშვენივრად გამოიყურება, მაგრამ ჯერჯერობით ამ ტიპის ძრავის წარმატება Mitsubishi და VW არ იყო გლამურული. ზოგადად, ჯერჯერობით ვერავინ დაიკვეხნის, რომ მათ სრულად ისარგებლეს ამ ტექნოლოგიური გადაწყვეტილებების უპირატესობებით.

და თუ "ჯადოსნურად" აერთიანებთ ორი ტიპის ძრავის უპირატესობას? როგორი იქნება დიზელის მაღალი შეკუმშვის, ნარევის ერთგვაროვანი განაწილების იდეალური კომბინაცია წვის კამერის მოცულობაში და ერთგვაროვანი თვითანთება იმავე მოცულობაში? ბოლო წლებში ამ ტიპის ექსპერიმენტული ერთეულების ინტენსიურმა ლაბორატორიულმა კვლევებმა აჩვენა გამონაბოლქვი აირების მავნე გამონაბოლქვის მნიშვნელოვანი შემცირება (მაგალითად, აზოტის ოქსიდების რაოდენობა მცირდება 99%-მდე!) ეფექტურობის ზრდით ბენზინის ძრავებთან შედარებით. . როგორც ჩანს, მომავალი ნამდვილად ეკუთვნის ძრავებს, რომლებიც საავტომობილო კომპანიებმა და დამოუკიდებელმა დიზაინერულმა კომპანიებმა ახლახან გააერთიანეს ქოლგის სახელწოდებით HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition Engines ან Homogeneous Charge Self Ignition Engines.

მრავალი სხვა, ერთი შეხედვით "რევოლუციური" მოვლენის მსგავსად, ასეთი მანქანის შექმნის იდეა ახალი არ არის და ჯერჯერობით წარუმატებელი რჩება საიმედო წარმოების მოდელის შექმნის მცდელობები. ამავდროულად, ელექტრონული პროცესების მართვის მზარდი შესაძლებლობები და გაზების განაწილების სისტემების დიდი მოქნილობა ახალი ტიპის ძრავის ძალიან რეალისტურ და ოპტიმისტურ პერსპექტივას ქმნის.

სინამდვილეში, ამ შემთხვევაში ეს არის ბენზინისა და დიზელის ძრავების მუშაობის პრინციპების ერთგვარი ჰიბრიდი. კარგად ჰომოგენიზებული ნარევი, ისევე როგორც ბენზინის ძრავებში, შედის HCCI- ს წვის პალატებში, მაგრამ ის თავს იჩენს შეკუმშვისგან გამოწვეული სითბოს გავლენის ქვეშ. ახალი ტიპის ძრავას ასევე არ სჭირდება გაზის სარქველი, რადგან ის შეიძლება მუშაობდეს მჭლე ნარევებზე. ამასთან, უნდა აღინიშნოს, რომ ამ შემთხვევაში ”მჭლე” განმარტების მნიშვნელობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება დიზელის განმარტებისგან, ვინაიდან HCCI– ს არ აქვს მთლიანად მჭლე და ძლიერ გამდიდრებული ნარევი, მაგრამ ეს არის ერთგვაროვანი მჭლე ნარევი. ექსპლუატაციის პრინციპი გულისხმობს ნარევის ერთდროულ ანთებას ცილინდრის მთელ მოცულობაში ერთნაირად მოძრავი ალის წინა და გაცილებით დაბალ ტემპერატურაზე. ეს ავტომატურად იწვევს აზოტის ოქსიდების და ჭვარტლის რაოდენობის მნიშვნელოვან შემცირებას გამონაბოლქვ გაზებში და მრავალი ავტორიტეტული წყაროს თანახმად, სერიულ საავტომობილო წარმოებაში ბევრად უფრო ეფექტური HCCI– ების მასიურად შეყვანას 2010-2015 წლებში. გადაარჩენს კაცობრიობას ნახევარი მილიონი ბარელი. ზეთი ყოველდღე.

თუმცა, სანამ ამას მიაღწევენ, მკვლევარებმა და ინჟინრებმა უნდა გადალახონ ყველაზე დიდი დაბრკოლება ამ მომენტში - სანდო გზის არარსებობა ავტოანთების პროცესების გასაკონტროლებლად სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობის, თვისებებისა და თანამედროვე საწვავის ფრაქციების შემცველი ფრაქციების გამოყენებით. რიგი კითხვები გამოწვეულია ძრავის სხვადასხვა დატვირთვის, რევოლუციების და ტემპერატურული პირობების პროცესების შეკავებით. ზოგიერთი ექსპერტის აზრით, ეს შეიძლება გაკეთდეს ცილინდრში გამონაბოლქვი აირების ზუსტად გაზომილი რაოდენობის დაბრუნებით, ნარევის წინასწარ გახურებით ან შეკუმშვის კოეფიციენტის დინამიურად შეცვლით, ან შეკუმშვის კოეფიციენტის პირდაპირ შეცვლით (მაგალითად, SVC Saab-ის პროტოტიპი) ან სარქვლის დახურვის დროის შეცვლა ცვლადი სისტემების გაზის განაწილების გამოყენებით.

ჯერჯერობით უცნობია, როგორ აღმოიფხვრება ძრავის დიზაინზე ხმაურის და თერმოდინამიკური ზემოქმედების პრობლემა სრული დატვირთვით დიდი რაოდენობით ახალი ნარევის თვითანთების გამო. რეალური პრობლემა არის ძრავის გაშვება ცილინდრებში დაბალ ტემპერატურაზე, რადგან ასეთ პირობებში თვითანთება საკმაოდ რთულია. ამჟამად, ბევრი მკვლევარი მუშაობს ამ შეფერხებების აღმოსაფხვრელად, პროტოტიპების დაკვირვების შედეგების გამოყენებით სენსორებით უწყვეტი ელექტრონული კონტროლისა და ცილინდრებში სამუშაო პროცესების ანალიზისთვის რეალურ დროში.

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 ძრავებში ნარევის აალება შეიძლება განხორციელდეს საწვავის, ჰაერისა და გამონაბოლქვი აირებს შორის თანაფარდობების ფართო დიაპაზონში (საკმარისია თვითანთების ტემპერატურის მისაღწევად), ხოლო წვის მოკლე დრო იწვევს ძრავის ეფექტურობის მნიშვნელოვან ზრდას. ახალი ტიპის ერთეულების ზოგიერთი პრობლემა წარმატებით შეიძლება მოგვარდეს ჰიბრიდულ სისტემებთან ერთად, როგორიცაა Toyota-ს Hybrid Synergy Drive - ამ შემთხვევაში, შიდა წვის ძრავის გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ გარკვეულ რეჟიმში, რომელიც ოპტიმალურია სიჩქარისა და დატვირთვის თვალსაზრისით. სამუშაოზე, რითაც გვერდის ავლით რეჟიმებს, რომლებშიც ძრავა იბრძვის ან ხდება არაეფექტური.

წვა HCCI ძრავებში, რომელიც მიიღწევა ნარევის ტემპერატურის, წნევის, რაოდენობისა და ხარისხის ინტეგრირებული კონტროლის შედეგად GMT- ის სიახლოვეს მდებარე მდგომარეობაში, მართლაც დიდი პრობლემაა სანთლით გაცილებით მარტივი ანთების ფონზე. მეორეს მხრივ, HCCI– ს არ სურს შექმნას ტურბულენტური პროცესები, რომლებიც მნიშვნელოვანია ბენზინისა და განსაკუთრებით დიზელის ძრავებისთვის, ავტომატიზაციის ერთდროული მოცულობითი ხასიათის გამო. ამავე დროს, სწორედ ამ მიზეზის გამო, მცირე ტემპერატურულმა გადახრამაც კი შეიძლება გამოიწვიოს კინეტიკური პროცესების მნიშვნელოვანი ცვლილებები.

პრაქტიკაში, ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი ამ ტიპის ძრავის მომავლისთვის არის საწვავის ტიპი და სწორი დიზაინის გადაწყვეტა შეიძლება მხოლოდ წვის პალატაში მისი ქცევის დეტალური ცოდნით. ამიტომ, ბევრი საავტომობილო კომპანია ამჟამად მუშაობს ნავთობის კომპანიებთან (როგორიცაა Toyota და ExxonMobil) და ამ ეტაპზე ექსპერიმენტების უმეტესობა ტარდება სპეციალურად შექმნილი სინთეზური საწვავებით, რომელთა შემადგენლობა და ქცევა წინასწარ არის გათვლილი. HCCI-ში ბენზინისა და დიზელის საწვავის გამოყენების ეფექტურობა ეწინააღმდეგება კლასიკური ძრავების ლოგიკას. ბენზინების მაღალი ავტომატური აალების ტემპერატურის გამო, მათში შეკუმშვის კოეფიციენტი შეიძლება განსხვავდებოდეს 12:1-დან 21:1-მდე, ხოლო დიზელის საწვავში, რომელიც ანთებს დაბალ ტემპერატურაზე, ის შედარებით მცირე უნდა იყოს - მხოლოდ 8-ის რიგით. :1.

ტექსტი: გეორგი კოლევი

ფოტო: კომპანია