Bandomasis važiavimas benzininiais ir dyzeliniais varikliais su vienu varikliu arba HCCI varikliu: 2 dalis

„Mazda“ teigia, kad jie bus pirmieji, kurie jį naudos serijoje

Su švariomis dujomis, tokiomis kaip benzinas, ir dyzelino efektyvumu. Šis straipsnis yra apie tai, kas nutinka projektuojant idealų variklį su homogeniniu maišymu ir savaiminiu uždegimu suspaudimo metu. Dizaineriai tai tiesiog vadina HCCI.

Žinių kaupimas

Tokių procesų pagrindai datuojami aštuntajame dešimtmetyje, kai japonų inžinierius Onishi sukūrė savo technologiją „Aktyvus degimas termoatmosferoje“. Kieme 1979-ieji – antrosios naftos krizės ir pirmųjų rimtų aplinkosauginio pobūdžio teisinių apribojimų laikotarpis, o inžinieriaus tikslas – tuo metu įprastus dvitakčius motociklus suderinti su šiais reikalavimais. Yra žinoma, kad lengvos ir dalinės apkrovos režimu didelis kiekis išmetamųjų dujų kaupiamas dvitakčių agregatų cilindruose, o japonų dizainerio idėja yra paversti jo trūkumus privalumais sukuriant degimo procesas, kurio metu likutinės dujos ir aukšta kuro temperatūra susimaišo naudingam darbui.

Pirmą kartą Onishi komandos inžinieriai sugebėjo įdiegti beveik revoliucinę technologiją, suaktyvinančią savaiminio užsidegimo procesą, kuris tikrai sėkmingai sumažino išmetamųjų teršalų kiekį. Tačiau jie taip pat pastebėjo reikšmingą variklio efektyvumo pagerėjimą, o netrukus po to, kai buvo pristatyta plėtra, panašius procesus pademonstravo Toyota, Mitsubishi ir Honda. Dizainerius nustebino itin sklandus ir kartu greitas degimas prototipuose, sumažėjusios degalų sąnaudos ir kenksmingos emisijos. 1983 m. pasirodė pirmieji keturtakčių savaiminio užsidegimo variklių laboratoriniai pavyzdžiai, kuriuose proceso valdymas įvairiais darbo režimais įmanomas dėl to, kad naudojamame kure yra visiškai žinoma cheminė sudėtis ir komponentų santykis. Tačiau šių procesų analizė yra šiek tiek primityvi, nes remiasi prielaida, kad tokio tipo varikliuose jie vyksta dėl cheminių procesų kinetikos, o tokie fiziniai reiškiniai kaip maišymasis ir turbulencija yra nereikšmingi. Būtent devintajame dešimtmetyje buvo padėti pamatai pirmiesiems analitiniams procesų modeliams, pagrįstiems slėgiu, temperatūra ir kuro bei oro komponentų koncentracija kameros tūryje. Projektuotojai priėjo prie išvados, kad tokio tipo variklių veikimą galima suskirstyti į dvi pagrindines dalis – uždegimą ir tūrinį energijos išleidimą. Tyrimų rezultatų analizė rodo, kad savaiminį užsidegimą inicijuoja tie patys žemoje temperatūroje vykstantys preliminarūs cheminiai procesai (vykstantys žemiau 80 laipsnių, kai susidaro peroksidai), kurie yra atsakingi už kenksmingą detonacinį degimą benzininiuose varikliuose ir pagrindinės energijos išleidimo procesus. yra aukštos temperatūros. ir atliekami viršijant šią sąlyginę temperatūros ribą.

Akivaizdu, kad darbas turėtų būti sutelktas į krūvio cheminės struktūros ir sudėties pokyčių, veikiant temperatūrai ir slėgiui, rezultatų tyrimą ir tyrimą. Dėl nesugebėjimo valdyti šalto užvedimo ir dirbti esant maksimalioms apkrovoms šiais režimais inžinieriai naudoja uždegimo žvakę. Praktinis testas taip pat patvirtina teoriją, kad dirbant su dyzelinu efektyvumas yra mažesnis, nes suspaudimo laipsnis turi būti santykinai mažas, o esant didesniam suspaudimui savaiminio užsidegimo procesas vyksta per anksti. suspaudimo eiga. Tuo pačiu metu paaiškėja, kad naudojant dyzelinį kurą kyla problemų dėl degių dyzelinio kuro frakcijų išgaravimo, o jų cheminės reakcijos prieš liepsną yra daug ryškesnės nei naudojant didelio oktaninio skaičiaus benziną. Ir dar vienas labai svarbus momentas – pasirodo, kad HCCI varikliai veikia be problemų su iki 50% likusių dujų atitinkamuose liesuose mišiniuose cilindruose. Iš viso to išplaukia, kad benzinai yra daug tinkamesni dirbti tokio tipo agregatuose ir plėtra yra nukreipta šia linkme.

Pirmieji tikrajai automobilių pramonei artimi varikliai, kuriuose šie procesai buvo sėkmingai įgyvendinti praktiškai, 1,6 m. Buvo modifikuoti VW 1992 litro varikliai. Su jų pagalba dizaineriai iš Volfsburgo sugebėjo padidinti efektyvumą 34% esant dalinei apkrovai. Šiek tiek vėliau, 1996 m., Tiesioginis HCCI variklio palyginimas su benzininiu ir tiesioginio įpurškimo dyzeliniu varikliu parodė, kad HCCI varikliai parodė mažiausias degalų sąnaudas ir NOx emisijas, nereikalaujant brangių įpurškimo sistemų. ant degalų.

Kas vyksta šiandien

Šiandien, nepaisant mažinimo direktyvų, GM toliau kuria HCCI variklius, ir bendrovė mano, kad tokio tipo mašinos padės patobulinti benzininį variklį. Tos pačios nuomonės laikosi ir „Mazda“ inžinieriai, tačiau apie juos kalbėsime kitame numeryje. „Sandia National Laboratories“, glaudžiai bendradarbiaudama su GM, šiuo metu tobulina naują darbo eigą, kuri yra HCCI variantas. Kūrėjai tai vadina „LTGC“ „žemos temperatūros benzino deginimui“. Kadangi ankstesnėse konstrukcijose HCCI režimai apsiriboja gana siauru veikimo diapazonu ir neturi daug pranašumų prieš šiuolaikines mašinas dydžio mažinimui, mokslininkai nusprendė mišinį vis tiek stratifikuoti. Kitaip tariant, sukurti tiksliai kontroliuojamas skurdesnes ir turtingesnes sritis, tačiau priešingai nei daugiau dyzelino. Amžiaus sandūros įvykiai parodė, kad darbinės temperatūros dažnai nepakanka angliavandenilių ir CO-CO2 oksidacijos reakcijoms užbaigti. Kai mišinys praturtinamas ir išeikvojamas, problema pašalinama, nes degimo metu jo temperatūra pakyla. Tačiau jis išlieka pakankamai žemas, kad nepradėtų formuotis azoto oksidai. Amžiaus sandūroje dizaineriai vis dar tikėjo, kad HCCI yra žemos temperatūros alternatyva dyzeliniam varikliui, kuris nesukuria azoto oksidų. Tačiau jie nėra sukurti ir naujajame LTGC procese. Šiam tikslui taip pat naudojamas benzinas, kaip ir originaliuose GM prototipuose, nes jo garavimo temperatūra yra žemesnė (ir geriau sumaišoma su oru), tačiau aukštesnė savaiminio užsidegimo temperatūra. Pasak laboratorijos projektuotojų, derinant LTGC režimą ir kibirkštinį uždegimą nepalankesniais ir sunkiau valdomais režimais, pavyzdžiui, esant pilnai apkrovai, bus sukurtos mašinos, kurios yra daug efektyvesnės už esamus mažinimo įrenginius. „Delphi Automotive“ kuria panašų suspaudimo uždegimo procesą. Jie savo dizainą vadina GDCI, skirtu tiesioginiam suspaudimo uždegimui benzininiu įpurškimu (tiesioginis benzino įpurškimas ir uždegimas suspaudimu), kuris taip pat suteikia liesą ir turtingą darbą, kad būtų galima kontroliuoti degimo procesą. Delfuose tai daroma naudojant purkštukus, kurių įpurškimo dinamika yra sudėtinga, todėl, nepaisant išeikvojimo ir sodrinimo, visas mišinys išlieka pakankamai liesas, kad nesusidarytų suodžių, ir pakankamai žema temperatūra, kad nesusidarytų azoto oksidai. Dizaineriai kontroliuoja skirtingas mišinio dalis, kad jos degtų skirtingu laiku. Šis sudėtingas procesas primena dyzelinį kurą, išmetama mažai CO2, o azoto oksidai nesusidaro. „Delphi“ suteikė dar mažiausiai 4 metų finansavimą iš JAV vyriausybės, o tokių gamintojų kaip „Hyundai“ susidomėjimas jų kūrimu reiškia, kad jie nesustos.

Prisiminkime „Disotto“

„Daimler Engine Research Labs“ Untertiurkheimo projektuotojų sukurtas projektas vadinamas Diesotto, o paleidimo ir maksimalios apkrovos režimu veikia kaip klasikinis benzininis variklis, išnaudojantis visus tiesioginio įpurškimo ir kaskadinio turbokompresoriaus privalumus. Tačiau esant mažam ir vidutiniam greičiui ir apkrovoms per vieną ciklą, elektronika išjungs uždegimo sistemą ir persijungs į savaiminio užsidegimo režimo valdymo režimą. Tokiu atveju išmetimo vožtuvų fazės radikaliai pakeičia jų charakterį. Jie atsidaro per daug trumpesnį laiką nei įprastai ir su daug mažesniu eiga – todėl tik pusė išmetamųjų dujų spėja išeiti iš degimo kameros, o likusi dalis yra sąmoningai laikoma cilindruose kartu su didžiąja juose esančios šilumos dalimi. . Norint pasiekti dar aukštesnę temperatūrą kamerose, purkštukai įpurškia nedidelę dalį kuro, kuris neužsidega, o reaguoja su įkaitusiomis dujomis. Vėlesnio įsiurbimo takto metu į kiekvieną cilindrą įpurškiama tiksliai reikiamu kiekiu nauja degalų dalis. Įsiurbimo vožtuvas trumpam atsidaro su trumpu eiga ir leidžia tiksliai išmatuotam kiekiui šviežio oro patekti į cilindrą ir susimaišyti su turimomis dujomis, kad susidarytų liesas kuro mišinys su didele išmetamųjų dujų dalimi. Po to seka suspaudimo taktas, kurio metu mišinio temperatūra toliau kyla iki savaiminio užsidegimo momento. Tikslus proceso laikas pasiekiamas tiksliai kontroliuojant kuro, gryno oro ir išmetamųjų dujų kiekį, nuolatinę informaciją iš jutiklių, matuojančių slėgį cilindre, bei sistemą, kuri ekscentriniu mechanizmu gali akimirksniu pakeisti suspaudimo laipsnį. keičiant alkūninio veleno padėtį. Beje, aptariamos sistemos veikimas neapsiriboja HCCI režimu.

Norint valdyti visas šias sudėtingas operacijas, reikalinga valdymo elektronika, kuri nesiremia įprastu iš anksto nustatytų algoritmų rinkiniu, randamu įprastuose vidaus degimo varikliuose, bet leidžia realiuoju laiku keisti našumą pagal jutiklių duomenis. Užduotis sunki, bet rezultatas to vertas – 238 AG. 1,8 l Diesotto garantuoja koncepcinį F700, kurio S klasės CO2 emisija siekia 127 g/km ir atitinka griežtas Euro 6 direktyvas.

Tekstas: Georgijus Kolevas

Namai " Straipsniai " Tuščios dalys » Benzininiai ir dyzeliniai varikliai pavieniais arba HCCI varikliais: 2 dalis