Testa brauciena benzīna un dīzeļdzinēji atsevišķiem dzinējiem vai HCCI dzinējiem: 2. daļa

Mazda saka, ka viņi būs pirmie, kas to izmantos sērijā

Ar tīrām gāzēm, piemēram, benzīnu, un dīzeļdegvielas efektivitāti. Šis raksts ir par to, kas notiek, projektējot ideālu motoru ar viendabīgu sajaukšanos un pašizdegšanos saspiešanas laikā. Dizaineri to vienkārši sauc par HCCI.

Zināšanu uzkrāšana

Šādu procesu pamati datēti ar septiņdesmitajiem gadiem, kad japāņu inženieris Oniši izstrādāja savu tehnoloģiju "Aktīvā degšana termoatmosfērā". Pagalmā 1979. gads ir otrās naftas krīzes un pirmo nopietno vides aizsardzības juridisko ierobežojumu periods, un inženiera mērķis ir tolaik izplatītos divtaktu motociklus saskaņot ar šīm prasībām. Ir zināms, ka vieglas un daļējas slodzes režīmā divtaktu agregātu cilindros tiek uzkrāts liels daudzums izplūdes gāzu, un japāņu dizainera ideja ir tās trūkumus pārvērst priekšrocībās, izveidojot sadegšanas process, kurā lietderīgam darbam sajaucas atlikušās gāzes un augsta degvielas temperatūra.

Pirmo reizi Onishi komandas inženieri spēja ieviest gandrīz revolucionāru tehnoloģiju, izraisot spontānas aizdegšanās procesu, kas patiešām veiksmīgi samazināja izplūdes gāzu emisijas. Tomēr viņi konstatēja arī ievērojamus uzlabojumus dzinēja efektivitātes ziņā, un drīz pēc izstrādes atklāšanas līdzīgus procesus demonstrēja Toyota, Mitsubishi un Honda. Dizainerus pārsteidza ārkārtīgi vienmērīgā un tajā pašā laikā liela ātruma sadegšana prototipos, samazināts degvielas patēriņš un kaitīgie izmeši. 1983. gadā parādījās pirmie četrtaktu pašaizdedzes dzinēju laboratorijas paraugi, kuros procesa kontrole dažādos darba režīmos iespējama, pateicoties tam, ka izmantotajā degvielā ir absolūti zināms ķīmiskais sastāvs un komponentu attiecība. Tomēr šo procesu analīze ir nedaudz primitīva, jo tā ir balstīta uz pieņēmumu, ka šāda veida dzinējos tie tiek veikti ķīmisko procesu kinētikas dēļ, un tādas fizikālās parādības kā sajaukšanās un turbulence ir nenozīmīgas. Tieši 80. gados tika likti pamati pirmajiem analītiskajiem procesu modeļiem, kuru pamatā ir spiediens, temperatūra un degvielas un gaisa komponentu koncentrācija kameras tilpumā. Dizaineri nonāca pie secinājuma, ka šāda tipa dzinēju darbību var iedalīt divās galvenajās daļās – aizdedze un tilpuma enerģijas izlaide. Pētījumu rezultātu analīze liecina, ka pašaizdegšanos ierosina tie paši zemas temperatūras sākotnējie ķīmiskie procesi (kas notiek zem 700 grādiem, veidojoties peroksīdiem), kas ir atbildīgi par kaitīgu detonācijas sadegšanu benzīna dzinējos un galvenās enerģijas izdalīšanas procesiem. ir augstas temperatūras. un tiek veiktas virs šīs nosacītās temperatūras robežas.

Skaidrs, ka darbs jāvirza uz lādiņa ķīmiskās struktūras un sastāva izmaiņu rezultātu izpēti un izpēti temperatūras un spiediena ietekmē. Tā kā šajos režīmos nav iespējams kontrolēt auksto palaišanu un strādāt pie maksimālās slodzes, inženieri izmanto aizdedzes sveci. Praktiskā pārbaude apstiprina arī teoriju, ka, strādājot ar dīzeļdegvielu, efektivitāte ir zemāka, jo kompresijas pakāpei jābūt salīdzinoši zemai, un pie lielākas kompresijas pašaizdegšanās process notiek pārāk agri. kompresijas gājiens. Tajā pašā laikā izrādās, ka, izmantojot dīzeļdegvielu, rodas problēmas ar dīzeļdegvielas uzliesmojošo frakciju iztvaikošanu un to ķīmiskās reakcijas pirms liesmas ir daudz izteiktākas nekā ar benzīnu ar augstu oktānskaitli. Un vēl viens ļoti svarīgs moments - izrādās, ka HCCI dzinēji bez problēmām strādā ar līdz pat 50% atlikušo gāzu attiecīgajos liesās maisījumos cilindros. No tā visa izriet, ka benzīns ir daudz piemērotāks darbam šāda veida vienībās un attīstība tiek virzīta šajā virzienā.

Pirmie reālajai auto industrijai tuvie dzinēji, kuros šie procesi tika veiksmīgi ieviesti praksē, 1,6. gadā tika modificēti VW 1992 litru dzinēji. Ar viņu palīdzību dizaineri no Volfsburgas ar daļēju slodzi spēja palielināt efektivitāti par 34%. Nedaudz vēlāk, 1996. gadā, HCCI dzinēja tiešs salīdzinājums ar benzīna un tiešās iesmidzināšanas dīzeļdzinēju parādīja, ka HCCI dzinēji uzrādīja viszemāko degvielas patēriņu un NOx emisijas bez nepieciešamības pēc dārgām iesmidzināšanas sistēmām. par degvielu.

Kas šodien notiek

Šodien, neskatoties uz samazināšanas direktīvām, GM turpina izstrādāt HCCI dzinējus, un uzņēmums uzskata, ka šāda veida mašīnas palīdzēs uzlabot benzīna dzinēju. Tāds pats viedoklis ir arī Mazda inženieriem, bet par tiem mēs runāsim nākamajā numurā. Sandia National Laboratories, cieši sadarbojoties ar GM, pašlaik pilnveido jaunu darbplūsmu, kas ir HCCI variants. Izstrādātāji to sauc par LTGC par "zemas temperatūras benzīna sadedzināšanu". Tā kā iepriekšējos dizainos HCCI režīmi ir ierobežoti ar diezgan šauru darbības diapazonu un tiem nav lielas priekšrocības salīdzinājumā ar mūsdienu mašīnām izmēru samazināšanai, zinātnieki nolēma maisījumu noslāņot jebkurā gadījumā. Citiem vārdiem sakot, lai radītu precīzi kontrolētus nabadzīgākus un bagātākus apgabalus, bet atšķirībā no vairāk dīzeļdegvielas. Notikumi gadsimta mijā ir parādījuši, ka darba temperatūra bieži vien ir nepietiekama, lai pabeigtu ogļūdeņražu un CO-CO2 oksidācijas reakcijas. Kad maisījums ir bagātināts un izsmelts, problēma tiek novērsta, jo sadegšanas procesā tā temperatūra paaugstinās. Tomēr tas joprojām ir pietiekami zems, lai neuzsāktu slāpekļa oksīdu veidošanos. Gadsimtu mijā dizaineri vēl uzskatīja, ka HCCI ir alternatīva zemas temperatūras dīzeļdzinējam, kas nerada slāpekļa oksīdus. Taču arī tie netiek veidoti jaunajā LTGC procesā. Šim nolūkam, tāpat kā oriģinālajos GM prototipos, tiek izmantots arī benzīns, jo tam ir zemāka iztvaikošanas temperatūra (un labāka sajaukšanās ar gaisu), bet augstāka pašaizdegšanās temperatūra. Pēc laboratorijas dizaineru domām, LTGC režīma un dzirksteļaizdedzes kombinācija nelabvēlīgākos un grūtāk kontrolējamos režīmos, piemēram, pilnā slodzē, radīs mašīnas, kas ir daudz efektīvākas nekā esošās samazināšanas vienības. Delphi Automotive izstrādā līdzīgu kompresijas aizdedzes procesu. Viņi savus dizainparaugus sauc par GDCI, kas paredzēti "kompresijas aizdedzes tiešajai benzīna iesmidzināšanai" (benzīna tiešā iesmidzināšana un kompresijas aizdedze), kas arī nodrošina vieglu un bagātīgu darbu, lai kontrolētu degšanas procesu. Delfos tas tiek darīts, izmantojot inžektorus ar sarežģītu iesmidzināšanas dinamiku, lai, neskatoties uz izsīkumu un bagātināšanos, maisījums kopumā paliktu pietiekami liess, lai neveidotos kvēpi, un pietiekami zema temperatūra, lai neveidotos slāpekļa oksīdi. Dizaineri kontrolē dažādas maisījuma daļas, lai tās sadedzinātu dažādos laikos. Šis sarežģītais process atgādina dīzeļdegvielu, CO2 emisija ir zema un slāpekļa oksīdu veidošanās ir niecīga. Delphi ir nodrošinājis vēl vismaz 4 gadu finansējumu no ASV valdības, un tādu ražotāju kā Hyundai interese par savu attīstību nozīmē, ka tie neapstāsies.

Atcerēsimies Disotto

Untertürkheimā esošās Daimler Engine Research Labs dizaineru izstrādātais nosaukums ir Diesotto, un palaišanas un maksimālās slodzes režīmā tas darbojas kā klasisks benzīna dzinējs, izmantojot visas tiešās iesmidzināšanas un kaskādes turbokompresoru priekšrocības. Tomēr pie maziem un vidējiem ātrumiem un slodzēm viena cikla laikā elektronika izslēgs aizdedzes sistēmu un pārslēgsies uz pašaizdegšanās režīma vadības režīmu. Šajā gadījumā izplūdes vārstu fāzes radikāli maina to raksturu. Tie atveras daudz īsākā laikā nekā parasti un ar daudz samazinātu gājienu - tāpēc tikai pusei izplūdes gāzu ir laiks iziet no sadegšanas kameras, bet pārējais tiek apzināti turēts cilindros kopā ar lielāko daļu tajos esošā siltuma. . Lai kamerās panāktu vēl augstāku temperatūru, sprauslas iesmidzina nelielu degvielas porciju, kas neaizdegas, bet reaģē ar sakarsētām gāzēm. Sekojošā ieplūdes gājiena laikā katrā cilindrā tiek iesmidzināta jauna degvielas porcija tieši vajadzīgajā daudzumā. Ieplūdes vārsts uz īsu brīdi atveras ar īsu gājienu un ļauj precīzi izmērītam svaiga gaisa daudzumam iekļūt cilindrā un sajaukties ar pieejamajām gāzēm, veidojot liesu degvielas maisījumu ar lielu izplūdes gāzu īpatsvaru. Pēc tam seko kompresijas gājiens, kurā maisījuma temperatūra turpina paaugstināties līdz pašaizdegšanās brīdim. Precīzs procesa laiks tiek panākts, precīzi kontrolējot degvielas, svaigā gaisa un izplūdes gāzu daudzumu, nepārtrauktu informāciju no sensoriem, kas mēra spiedienu cilindrā, un sistēmu, kas var acumirklī mainīt kompresijas pakāpi, izmantojot ekscentrisku mehānismu. mainot kloķvārpstas stāvokli. Starp citu, attiecīgās sistēmas darbība neaprobežojas tikai ar HCCI režīmu.

Lai pārvaldītu visas šīs sarežģītās darbības, ir nepieciešama vadības elektronika, kas nepaļaujas uz parasto iepriekš noteiktu algoritmu kopumu, kas atrodams parastajos iekšdedzes dzinējos, bet ļauj veikt darbības izmaiņas reāllaikā, pamatojoties uz sensoru datiem. Uzdevums ir grūts, bet rezultāts ir tā vērts – 238 ZS. 1,8 litru Diesotto konceptam F700 garantēja ar S klases CO2 izmešu līmeni 127 g/km un atbilstību stingrajām Euro 6 direktīvām.

Teksts: Georgijs Koļevs

Mājas " Raksti " Tukšas vietas » Benzīna un dīzeļdzinēji vienā vai HCCI motorā: 2. daļa