Пробна вожња дизел и бензин: типови

Напета конфронтација између дизел и бензинских мотора достиже врхунац. Најновија турбо технологија, електронски контролисани цоммон-раил системи директног убризгавања, високи степен компресије – ривалство зближава два типа мотора… И одједном, усред древног дуела, на сцену се изненада појавио нови играч. место под сунцем.

Након много година занемаривања, дизајнери су поново открили огроман потенцијал дизел мотора и убрзали његов развој интензивним увођењем нових технологија. Дошло се до тога да су се његове динамичке перформансе приближиле карактеристикама бензинског конкурента и омогућиле стварање до сада незамисливих аутомобила као што су Волксваген Раце Тоуарег и Ауди Р10 ТДИ са више него озбиљним тркачким амбицијама. Хронологија догађаја у последњих петнаест година добро је позната ... Дизел мотори КСНУМКС-а нису се фундаментално разликовали од својих предака, које је Мерцедес-Бенз створио још 1936. године. Уследио је процес споре еволуције, који је последњих година прерастао у моћну технолошку експлозију. Крајем 13-их, Мерцедес је поново створио први аутомобилски турбодизел, у касним 1с, директно убризгавање дебитовало је у моделу Ауди, каснији дизели су добили главе са четири вентила, а крајем КСНУМКС-а, електронски контролисани Цоммон Раил системи за убризгавање постали су стварност. ... У међувремену, директно убризгавање горива под високим притиском уведено је у бензинске моторе, где степен компресије данас достиже КСНУМКС: КСНУМКС у неким случајевима. Недавно, турбо технологија такође доживљава ренесансу, при чему се вредности обртног момента бензинских мотора почињу значајно приближавати вредностима обртног момента чувеног флексибилног турбо дизела. Међутим, паралелно са модернизацијом, остаје стална тенденција озбиљног поскупљења бензинских мотора ... Дакле, упркос израженим предрасудама и поларизацији мишљења о бензинским и дизел моторима у различитим деловима света, два ривала стичу опипљиву доминацију.

Упркос подударности квалитета две врсте јединица, и даље постоје огромне разлике у природи, карактеру и понашању две топлотне машине.

У случају бензинског мотора, мешавина ваздуха и испареног горива се формира током много дужег временског периода и почиње много пре почетка процеса сагоревања. Било да се користи карбуратор или модерни електронски системи директног убризгавања, циљ мешања је да се произведе уједначена, хомогена мешавина горива са добро дефинисаним односом ваздух-гориво. Ова вредност је обично блиска такозваној „стехиометријској смеши“, у којој има довољно атома кисеоника да би могли (теоретски) да се вежу у стабилну структуру са сваким атомом водоника и угљеника у гориву, формирајући само Х20 и ЦО2. Зато што је степен компресије довољно мали да се избегне превремено неконтролисано самозапаљење неких супстанци у гориву због високе температуре компресије (бензинска фракција се састоји од угљоводоника са много нижом температуром испаравања и много вишом температуром сагоревања). самозапаљење од оних у дизел фракцији), паљење смеше иницира свећица и сагоревање се дешава у виду фронта који се креће одређеном брзином. Нажалост, у комори за сагоревање се формирају зоне са незавршеним процесима, што доводи до стварања угљен моноксида и стабилних угљоводоника, а када се фронт пламена помера, притисак и температура на његовој периферији се повећавају, што доводи до стварања штетних азотних оксида ( између азота и кисеоника из ваздуха), пероксида и хидропероксида (између кисеоника и горива). Акумулација последњег до критичних вредности доводи до неконтролисаног детонационог сагоревања, стога се у савременим бензинима користе фракције молекула са релативно стабилном, тешко детонирајућом хемијском "конструкцијом" - спроводи се низ додатних процеса у рафинеријама за постизање такве стабилности. укључујући повећање октанског броја горива. Због у великој мери фиксног односа мешавине који могу да раде бензински мотори, у њима важну улогу игра вентил за гас, којим се регулише оптерећење мотора подешавањем количине свежег ваздуха. Међутим, он, заузврат, постаје извор значајних губитака у режиму делимичног оптерећења, играјући улогу својеврсног "чепа за грло" мотора.

Идеја творца дизел мотора, Рудолфа Дизела, је да се значајно повећа степен компресије, а самим тим и термодинамичка ефикасност машине. Дакле, површина коморе за гориво се смањује, а енергија сагоревања се не распршује кроз зидове цилиндра и система за хлађење, већ се "троши" између самих честица, које су у овом случају много ближе свакој друго. Ако у комору за сагоревање овог типа мотора уђе унапред припремљена мешавина ваздух-гориво, као у случају бензинског мотора, онда када се током процеса компресије достигне одређена критична температура (у зависности од степена компресије и врсте горива). ), процес самозапаљења ће бити покренут много пре ГМТ. неконтролисано запреминско сагоревање. Из тог разлога се дизел гориво убризгава у последњем тренутку, мало пре ГМТ, под веома високим притиском, што ствара значајан недостатак времена за добро испаравање, дифузију, мешање, самозапаљење и потребу за ограничењем највеће брзине. што ретко прелази границу. од 4500 о/мин Овакав приступ поставља одговарајуће захтеве за квалитет горива, које је у овом случају фракција дизел горива – углавном равних дестилата са знатно нижом температуром самопаљења, јер су нестабилнија структура и дугачки молекули предуслов за њихово лакше руптура и реакција са кисеоником.

Карактеристика процеса сагоревања дизел мотора су, с једне стране, зоне са обогаћеном смешом око рупа за убризгавање, где се гориво распада (пуца) од температуре без оксидације, претварајући се у извор честица угљеника (чађа), а с друге стране. у којима уопште нема горива и под утицајем високе температуре азот и кисеоник ваздуха улазе у хемијску интеракцију, формирајући азотне оксиде. Због тога су дизел мотори увек подешени да раде са средње мршавим смешама (односно са озбиљним вишком ваздуха), а оптерећење се контролише само дозирањем количине убризганог горива. Тиме се избегава коришћење лептира за гас, што је велика предност у односу на њихове бензинске колеге. Да би надокнадили неке недостатке бензинског мотора, дизајнери су створили моторе у којима је процес формирања смеше такозвана „стратификација наелектрисања“.

У режиму делимичног оптерећења, оптимална стехиометријска смеша ствара се само у подручју око електрода свећица због посебног убризгавања млаза убризганог горива, усмереног струјања ваздуха, посебног профила чеоних делова клипа и других сличних метода које обезбеђују паљење поузданост. Истовремено, смеша у већини запремине коморе остаје мршава, а пошто се оптерећење у овом режиму може контролисати само количином испорученог горива, вентил за гас може остати потпуно отворен. То, пак, доводи до истовременог смањења губитака и повећања термодинамичке ефикасности мотора. У теорији све изгледа одлично, али до сада успјех ове врсте мотора који су производили Митсубисхи и ВВ није био гламурозан. Генерално, до сада се нико не може похвалити да је у потпуности искористио предности ових технолошких решења.

А ако "магично" комбинујете предности две врсте мотора? Шта би била идеална комбинација високе дизел компресије, хомогене дистрибуције смеше по запремини коморе за сагоревање и равномерног самозапаљења у истој запремини? Интензивне лабораторијске студије експерименталних јединица овог типа последњих година су показале значајно смањење штетних емисија у издувним гасовима (нпр. количина азотних оксида је смањена и до 99%!) Уз повећање ефикасности у односу на бензинске моторе. . Чини се да будућност заиста припада моторима, које су аутомобилске компаније и независне дизајнерске компаније недавно спојиле под кровним именом ХЦЦИ - Хомогенеоус Цхарге Цомпрессион Игнитион Енгинес или Хомогенеоус Цхарге Селф Игнитион Енгинес.

Као и многи други наизглед „револуционарни“ догађаји, идеја о стварању такве машине није нова и иако су покушаји стварања поузданог производног модела и даље неуспешни. Истовремено, све веће могућности електронског управљања технолошким процесом и велика флексибилност система за дистрибуцију гаса стварају врло реалне и оптимистичне изгледе за нови тип мотора.

Заправо, у овом случају то је нека врста хибрида принципа бензинских и дизел мотора. Добро хомогенизована смеша, као код бензинских мотора, улази у коморе за сагоревање ХЦЦИ, али се самозапаљује топлотом од компресије. За нови тип мотора такође није потребан пригушни вентил јер може радити на мршавим смешама. Међутим, треба напоменути да се у овом случају значење дефиниције „мршавог“ значајно разликује од дефиниције дизела, с обзиром да ХЦЦИ нема потпуно мршаву и високо обогаћену смешу, већ је нека врста једнолично мршаве смеше. Принцип рада укључује истовремено паљење смеше у целој запремини цилиндра без равномерно покретног фронта пламена и на много нижој температури. То аутоматски доводи до значајног смањења количине азотних оксида и чађи у издувним гасовима и, према бројним ауторитативним изворима, масовном увођењу много ефикаснијих ХЦЦИ у серијску производњу аутомобила у 2010-2015. Спасиће човечанство око пола милиона барела. уље свакодневно.

Међутим, пре него што то постигну, истраживачи и инжењери морају да превазиђу највећи камен спотицања у овом тренутку – недостатак поузданог начина да се контролишу процеси самозапаљења коришћењем фракција које садрже различите хемијске саставе, својства и понашање савремених горива. Бројна питања изазивају задржавање процеса при различитим оптерећењима, обртајима и температурним условима мотора. Према неким стручњацима, то се може урадити враћањем тачно измерене количине издувних гасова назад у цилиндар, предгревањем смеше, или динамичком променом степена компресије, или директном променом степена компресије (на пример, СВЦ Сааб прототип) или промена времена затварања вентила коришћењем варијабилних система дистрибуције гаса.

Још није јасно како ће се елиминисати проблем буке и термодинамичких ефеката на конструкцију мотора услед самозапаљења велике количине свеже смеше при пуном оптерећењу. Прави проблем је покренути мотор на ниској температури у цилиндрима, јер је у таквим условима прилично тешко покренути самозапаљење. Тренутно многи истраживачи раде на отклањању ових уских грла користећи резултате посматрања прототипова са сензорима за континуирану електронску контролу и анализу радних процеса у цилиндрима у реалном времену.

Према речима стручњака из аутомобилских компанија које раде у овом правцу, укључујући Хонду, Ниссан, Тојоту и ГМ, вероватно ће се прво креирати комбиновани аутомобили који могу да мењају режиме рада, а свећица ће се користити као нека врста помоћника у случајевима где ХЦЦИ има потешкоћа. Волксваген већ имплементира сличну шему у свој ЦЦС (Цомбинед Цомбустион Систем) мотор, који тренутно ради само на синтетичком гориву специјално развијеном за њега.

Паљење смеше у ХЦЦИ моторима може се вршити у широком опсегу односа између горива, ваздуха и издувних гасова (довољно је да се достигне температура самопаљења), а кратко време сагоревања доводи до значајног повећања ефикасности мотора. Неки проблеми нових типова јединица могу се успешно решити у комбинацији са хибридним системима, као што је Тоиотин Хибрид Синерги Дриве – у овом случају мотор са унутрашњим сагоревањем може да се користи само у одређеном режиму који је оптималан у погледу брзине и оптерећења. на раду, заобилазећи на тај начин режиме у којима се мотор бори или постаје неефикасан.

Сагоревање у ХЦЦИ моторима, постигнуто интегрисаном контролом температуре, притиска, количине и квалитета смеше у положају близу ГМТ, заиста представља велики проблем у позадини много једноставнијег паљења свећицом. С друге стране, ХЦЦИ не треба да ствара турбулентне процесе, који су важни за бензинске, а посебно дизел моторе, због истовремене волуметријске природе самозапаљења. Истовремено, из овог разлога чак и мала температурна одступања могу довести до значајних промена у кинетичким процесима.

У пракси, најважнији фактор за будућност овог типа мотора је врста горива, а исправно пројектно решење може се наћи само уз детаљно познавање његовог понашања у комори за сагоревање. Због тога многе аутомобилске компаније тренутно раде са нафтним компанијама (као што су Тоиота и ЕкконМобил), а већина експеримената у овој фази се спроводи са посебно дизајнираним синтетичким горивима, чији састав и понашање су унапред израчунати. Ефикасност коришћења бензина и дизел горива у ХЦЦИ је у супротности са логиком класичних мотора. Због високе температуре самозапаљења бензина, однос компресије у њима може да варира од 12:1 до 21:1, а код дизел горива, које се пали на нижим температурама, требало би да буде релативно мали - реда величине само 8 :1.

Текст: Георгије Колев

Фото: компанија