Testați motoarele pe benzină și diesel în motoare simple sau HCCI: Partea 2

Mazda spune că vor fi primii care îl vor folosi în serie

Cu gaze curate precum benzina și eficiența motorinei. Acest articol este despre ceea ce se întâmplă atunci când se proiectează un motor ideal cu amestecare omogenă și autoaprindere în timpul comprimării. Designerii o numesc pur și simplu HCCI.

Acumularea de cunoștințe

Bazele unor astfel de procese datează din anii șaptezeci, când inginerul japonez Onishi și-a dezvoltat tehnologia „Combustie activă în termo-atmosferă”. În curte, 1979 este perioada celei de-a doua crize a petrolului și a primelor restricții legale serioase de natură ecologică, iar scopul inginerului este de a aduce motocicletele în doi timpi comune la acea vreme la aceste cerințe. Se știe că în modul de încărcare ușoară și parțială, o cantitate mare de gaze de eșapament este stocată în cilindrii unităților în doi timpi, iar ideea designerului japonez este de a-și transforma dezavantajele în avantaje prin crearea unui proces de ardere în care gazele reziduale și temperatura ridicată a combustibilului se amestecă pentru o muncă utilă.

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.

Este clar că munca ar trebui să se concentreze pe studiul și studiul rezultatelor modificărilor structurii chimice și compoziției sarcinii sub influența temperaturii și presiunii. Datorită incapacității de a controla pornirea la rece și de a lucra la sarcini maxime în aceste moduri, inginerii recurg la utilizarea unei bujii. Testul practic confirmă, de asemenea, teoria conform căreia eficiența este mai mică la funcționarea cu motorină, deoarece raportul de compresie trebuie să fie relativ scăzut, iar la o compresie mai mare, procesul de autoaprindere are loc prea devreme. cursa de compresie. În același timp, se dovedește că atunci când se folosește motorină, există probleme cu evaporarea fracțiilor inflamabile ale motorinei și că reacțiile chimice ale acestora înainte de flacără sunt mult mai pronunțate decât la benzinele cu octan ridicat. Și încă un punct foarte important - se dovedește că motoarele HCCI funcționează fără probleme cu până la 50% din gazele reziduale din amestecurile sărace corespunzătoare din cilindri. Din toate acestea rezultă că benzinele sunt mult mai potrivite pentru lucrul în acest tip de unități și dezvoltările sunt îndreptate în această direcție.

Primele motoare apropiate de industria auto reală în care aceste procese au fost implementate cu succes în practică au fost modificate în 1,6 de motoarele VW de 1992 litri. Cu ajutorul lor, designerii de la Wolfsburg au reușit să crească eficiența cu 34% la sarcină parțială. Puțin mai târziu, în 1996, o comparație directă a motorului HCCI cu un motor diesel pe benzină și cu injecție directă a arătat că motoarele HCCI au prezentat cel mai mic consum de combustibil și emisii de NOx fără a fi nevoie de sisteme de injecție costisitoare. pe combustibil.

Ce se întâmplă astăzi

Astăzi, în ciuda directivelor de reducere a dimensiunii, GM continuă să dezvolte motoare HCCI și compania consideră că acest tip de mașină va contribui la îmbunătățirea motorului pe benzină. Aceeași opinie o au și inginerii Mazda, dar despre ei vom vorbi în numărul următor. Laboratoarele Naționale Sandia, care lucrează îndeaproape cu GM, rafinează în prezent un nou flux de lucru, care este o variantă a HCCI. Dezvoltatorii îl numesc LTGC pentru „Combustie de benzină la temperatură scăzută”. Deoarece în proiectele anterioare, modurile HCCI sunt limitate la o gamă de operare destul de îngustă și nu au prea multe avantaje față de mașinile moderne pentru reducerea dimensiunii, oamenii de știință au decis oricum să stratifice amestecul. Cu alte cuvinte, pentru a crea zone controlate precis mai sărace și mai bogate, dar spre deosebire de mai mult motorină. Evenimentele de la începutul secolului au arătat că temperaturile de funcționare sunt adesea insuficiente pentru a finaliza reacțiile de oxidare ale hidrocarburilor și CO-CO2. Când amestecul este îmbogățit și epuizat, problema este eliminată, deoarece temperatura acestuia crește în timpul procesului de ardere. Cu toate acestea, rămâne suficient de scăzut pentru a nu iniția formarea oxizilor de azot. La începutul secolului, designerii credeau încă că HCCI era o alternativă la temperatură scăzută la un motor diesel care nu genera oxizi de azot. Cu toate acestea, ele nu sunt create nici în noul proces LTGC. Benzina este, de asemenea, utilizată în acest scop, la fel ca în prototipurile originale GM, deoarece are o temperatură de vaporizare mai mică (și o mai bună amestecare cu aerul), dar o temperatură de autoinflamare mai mare. Potrivit proiectanților de laborator, combinația dintre modul LTGC și aprinderea prin scânteie în moduri mai nefavorabile și dificil de controlat, cum ar fi încărcarea completă, va avea ca rezultat mașini care sunt mult mai eficiente decât unitățile de reducere existente. Delphi Automotive dezvoltă un proces similar de aprindere prin compresie. Își numesc proiectele GDCI, pentru „Injecție directă cu compresie cu aprindere pe benzină” (Injection Direct Injection and Compression Ignition), care oferă, de asemenea, o muncă slabă și bogată pentru a controla procesul de ardere. În Delphi, acest lucru se face folosind injectoare cu dinamică de injecție complexă, astfel încât, în ciuda epuizării și îmbogățirii, amestecul ca întreg să rămână suficient de slab pentru a nu forma funingine și de temperatură suficient de scăzută pentru a nu forma NOx. Proiectanții controlează diferite părți ale amestecului, astfel încât să ardă în momente diferite. Acest proces complex seamănă cu motorina, emisiile de CO2 sunt reduse și formarea oxizilor de azot este neglijabilă. Delphi a oferit cel puțin încă 4 ani de finanțare din partea guvernului SUA, iar interesul producătorilor precum Hyundai în dezvoltarea lor înseamnă că nu se vor opri.

Să ne amintim de Disotto

Dezvoltarea designerilor Daimler Engine Research Labs din Untertürkheim se numește Diesotto și în modul de pornire și de sarcină maximă funcționează ca un motor clasic pe benzină, folosind toate avantajele injecției directe și turboalimentării în cascadă. Cu toate acestea, la viteze mici și medii și la sarcini într-un singur ciclu, electronica va opri sistemul de aprindere și va trece în modul de control al modului de autoaprindere. În acest caz, fazele supapelor de evacuare își schimbă radical caracterul. Se deschid într-un timp mult mai scurt decât de obicei și cu o cursă mult redusă - astfel încât doar jumătate din gazele de eșapament au timp să părăsească camera de ardere, iar restul este păstrat în mod deliberat în cilindri, împreună cu cea mai mare parte a căldurii conținute în ele. . Pentru a obține o temperatură și mai mare în camere, duzele injectează o mică parte de combustibil care nu se aprinde, dar reacţionează cu gazele încălzite. În timpul cursei ulterioare de admisie, o nouă porțiune de combustibil este injectată în fiecare cilindru exact în cantitatea potrivită. Supapa de admisie se deschide pentru scurt timp cu o cursă mică și permite unei cantități măsurate cu precizie de aer proaspăt să intre în cilindru și să se amestece cu gazele disponibile pentru a produce un amestec sărac de combustibil cu o proporție mare de gaze de eșapament. Aceasta este urmată de o cursă de compresie în care temperatura amestecului continuă să crească până în momentul autoaprinderii. Timpul precis al procesului este realizat prin controlul precis al cantității de combustibil, aer proaspăt și gaze de eșapament, informații constante de la senzorii care măsoară presiunea în cilindru și un sistem care poate modifica instantaneu raportul de compresie folosind un mecanism excentric. schimbarea poziţiei arborelui cotit. Apropo, funcționarea sistemului în cauză nu se limitează la modul HCCI.

Gestionarea tuturor acestor operațiuni complexe necesită o electronică de control care nu se bazează pe setul obișnuit de algoritmi predefiniti care se găsesc în motoarele convenționale cu ardere internă, dar care permit modificări de performanță în timp real bazate pe datele senzorilor. Sarcina este dificilă, dar rezultatul merită - 238 CP. Diesotto de 1,8 litri a garantat conceptul F700 cu emisii de CO2 din Clasa S de 127 g/km și conformitatea cu directivele stricte Euro 6.

Text: Georgy Kolev

Acasă " Articole " spatii libere » Motoare pe benzină și diesel în motoare simple sau HCCI: partea 2