Üksikmootorite või HCCI-mootorite bensiini- ja diiselmootorite proovisõit: 2. osa

Mazda ütleb, et nemad kasutavad seda esimesena sarjas

Selliste puhaste gaasidega nagu bensiin ja diislikütuse tõhusus. See artikkel räägib sellest, mis juhtub ideaalse mootori kavandamisel kompressiooni ajal homogeense segamise ja isesüttimisega. Disainerid nimetavad seda lihtsalt HCCI-ks.

Teadmiste kogumine

Selliste protsesside alused ulatuvad seitsmekümnendatesse aastatesse, mil Jaapani insener Onishi töötas välja oma tehnoloogia "Aktiivne põlemine termoatmosfääris". Hoovis on 1979. aasta teise naftakriisi ja esimeste tõsisemate keskkonnakaitseliste piirangute periood ning inseneri eesmärk on tol ajal levinud kahetaktilised mootorrattad nende nõuetega vastavusse viia. Teatavasti hoitakse kerge ja osalise koormuse režiimis kahetaktiliste agregaatide silindrites suur hulk heitgaase ning Jaapani disaineri idee on muuta selle puudused eelisteks, luues Põlemisprotsess, mille käigus segunevad jääkgaasid ja kõrge kütusetemperatuur kasulikuks tööks.

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.

On selge, et töö peaks keskenduma temperatuuri ja rõhu mõjul laengu keemilise struktuuri ja koostise muutuste tulemuste uurimisele ja uurimisele. Kuna nendes režiimides ei ole võimalik külmkäivitust juhtida ja maksimaalsetel koormustel töötada, kasutavad insenerid süüteküünla. Praktiline test kinnitab ka teooriat, et diislikütusega töötamisel on kasutegur madalam, kuna surveaste peab olema suhteliselt madal ning suuremal kokkusurumisel toimub isesüttimisprotsess liiga vara. survekäik. Samas selgub, et diislikütuse kasutamisel on probleeme diislikütuse süttivate fraktsioonide aurustumisega ning nende leegieelsed keemilised reaktsioonid on palju tugevamad kui kõrge oktaanarvuga bensiinidel. Ja veel üks väga oluline punkt - selgub, et HCCI mootorid töötavad probleemideta kuni 50% jääkgaasidega silindrites olevates vastavates lahjades segudes. Sellest kõigest järeldub, et bensiinid on seda tüüpi üksustes töötamiseks palju sobivamad ja arendused on suunatud selles suunas.

Esimesed tegelikule autotööstusele lähedased mootorid, milles neid protsesse praktikas edukalt rakendati, olid 1,6. aastal modifitseeritud VW 1992-liitrised mootorid. Nende abiga suutsid Wolfsburgi disainerid osalise koormuse korral efektiivsust suurendada 34%. Veidi hiljem, 1996. aastal, näitas HCCI mootori otsene võrdlus bensiini- ja otsesissepritsega diiselmootoriga, et HCCI mootorite kütusekulu ja NOx heitkogused olid kõige väiksemad, ilma et oleks vaja kulukaid sissepritsesüsteeme. kütuse kohta.

Mis täna toimub

Vaatamata kärpimisdirektiividele jätkab GM täna HCCI mootorite arendamist ning ettevõte usub, et seda tüüpi masinad aitavad parandada bensiinimootorit. Samal arvamusel on ka Mazda insenerid, kuid neist räägime järgmises numbris. Sandia National Laboratories, kes teeb tihedat koostööd GM -iga, täpsustab praegu uut töövoogu, mis on HCCI variant. Arendajad nimetavad seda LTGC -ks "madala temperatuuriga bensiini põletamiseks". Kuna varasemates konstruktsioonides on HCCI režiimid piiratud üsna kitsa tööpiirkonnaga ja neil ei ole suuruse vähendamiseks kaasaegsete masinate ees palju eeliseid, otsustasid teadlased segu siiski kihistada. Teisisõnu, et luua täpselt kontrollitud vaesemad ja rikkamad piirkonnad, kuid vastupidiselt rohkem diislikütusele. Sajandivahetuse sündmused on näidanud, et töötemperatuuridest ei piisa sageli süsivesinike ja CO-CO2 oksüdatsioonireaktsioonide lõpuleviimiseks. Kui segu rikastatakse ja ammendub, kõrvaldatakse probleem, kuna selle temperatuur tõuseb põlemisprotsessi ajal. Siiski jääb see piisavalt madalaks, et mitte algatada lämmastikoksiidide teket. Sajandivahetusel uskusid disainerid veel, et HCCI on madala temperatuuriga alternatiiv diiselmootorile, mis ei tekita lämmastikoksiide. Kuid ka neid ei looda uues LTGC protsessis. Sel eesmärgil kasutatakse ka bensiini, nagu ka GM -i esialgsetes prototüüpides, kuna sellel on madalam aurustumistemperatuur (ja parem segunemine õhuga), kuid kõrgem isesüttimistemperatuur. Laboratoorsete disainerite sõnul annab LTGC -režiimi ja sädesüüte kombinatsioon ebasoodsamates ja raskemini juhitavates režiimides, näiteks täiskoormusel, masinad, mis on palju tõhusamad kui olemasolevad vähendamissõlmed. Delphi Automotive arendab sarnast survesüüteprotsessi. Nad nimetavad oma disainilahendusi GDCI -ks "survesüütega otsese bensiini sissepritse" jaoks (bensiini otsepritse ja survesüüde), mis pakub ka lahjat ja rikkalikku tööd põlemisprotsessi juhtimiseks. Delfis tehakse seda keeruka süstimisdünaamikaga pihustite abil, nii et vaatamata ammendumisele ja rikastumisele jääb segu tervikuna piisavalt lahja, et mitte tahma tekitada, ja piisavalt madal temperatuur, et mitte moodustada NOx. Disainerid kontrollivad segu erinevaid osi, nii et need põlevad eri aegadel. See keeruline protsess meenutab diislikütust, süsinikdioksiidi heitkogused on madalad ja lämmastikoksiidide teke on tühine. Delphi on andnud USA valitsuselt veel vähemalt 2 aastat rahastust ning selliste tootjate nagu Hyundai huvi nende arendamise vastu tähendab, et nad ei peatu.

Meenutagem Disotot

Untertürkheimis asuva Daimleri mootoriuuringute labori disainerite arendus kannab nime Diesotto ning käivitamise ja maksimaalse koormuse režiimis töötab see nagu klassikaline bensiinimootor, kasutades kõiki otsesissepritse ja kaskaadturboülelaadimise eeliseid. Madalatel kuni keskmistel pööretel ja koormustel ühe tsükli jooksul lülitab elektroonika aga süütesüsteemi välja ja lülitub isesüttimisrežiimi juhtimisrežiimile. Sellisel juhul muudavad väljalaskeklappide faasid nende iseloomu radikaalselt. Need avanevad tavapärasest palju lühema ajaga ja oluliselt väiksema käiguga – nii jõuavad ainult pooled heitgaasidest põlemiskambrist väljuda ja ülejäänud osa hoitakse meelega silindrites koos suurema osa neis sisalduvast soojusest. . Veelgi kõrgema temperatuuri saavutamiseks kambrites pihustavad düüsid väikese osa kütust, mis ei sütti, vaid reageerib kuumutatud gaasidega. Järgneva sisselasketakti ajal süstitakse igasse silindrisse täpselt õiges koguses uus kütus. Sisselaskeklapp avaneb korraks lühikese käiguga ja laseb silindrisse siseneda täpselt mõõdetud koguse värsket õhku, mis seguneb olemasolevate gaasidega, moodustades suure heitgaaside osakaaluga lahja kütusesegu. Sellele järgneb survetakt, mille käigus segu temperatuur jätkab tõusu kuni isesüttimise hetkeni. Protsessi täpne ajastus saavutatakse kütuse, värske õhu ja heitgaaside koguse täpse juhtimisega, pideva teabega anduritelt, mis mõõdavad rõhku silindris, ning süsteemiga, mis suudab ekstsentrilise mehhanismi abil koheselt muuta surveastet. väntvõlli asendi muutmine. Muide, kõnealuse süsteemi töö ei piirdu ainult HCCI režiimiga.

Kõigi nende keeruliste toimingute haldamiseks on vaja juhtimiselektroonikat, mis ei tugine tavapärastes sisepõlemismootorites leiduvatele eelmääratletud algoritmide komplektile, vaid võimaldab andurite andmete põhjal reaalajas jõudlust muuta. Ülesanne on raske, kuid tulemus on seda väärt - 238 hj. 1,8-liitrine Diesotto tagas kontseptsioonile F700 S-klassi CO2 heitkogustega 127 g/km ja vastavuse rangetele Euro 6 direktiividele.

Tekst: Georgy Kolev

Kodu " Artiklid " Tühjad » Bensiini- ja diiselmootorid ühe- või HCCI-mootorites: 2. osa