Probna vožnja benzinskih i dizel motora u jednomotornim ili HCCI motorima: Dio 2
Mazda kaže da će ih prva upotrijebiti u seriji
Sa čistim plinovima poput benzina i efikasnošću dizel goriva. Ovaj članak govori o onome što se događa prilikom dizajniranja idealnog motora s homogenim miješanjem i samozapaljenjem za vrijeme kompresije. Dizajneri ga jednostavno zovu HCCI.
Akumulacija znanja
Osnovi ovakvih procesa datiraju iz sedamdesetih godina, kada je japanski inženjer Oniši razvio svoju tehnologiju "Aktivno sagorevanje u termo-atmosferi". U dvorištu je 1979. period druge naftne krize i prvih ozbiljnih zakonskih ograničenja ekološke prirode, a cilj inženjera je da dvotaktne motocikle uobičajene u to vrijeme uskladi sa ovim zahtjevima. Poznato je da se u režimu laganog i djelomičnog opterećenja velika količina izduvnih plinova pohranjuje u cilindre dvotaktnih agregata, a ideja japanskog dizajnera je da njegove nedostatke pretvori u prednosti stvaranjem proces sagorevanja u kojem se mešaju zaostali gasovi i visoka temperatura goriva za koristan rad. .
Po prvi put, inženjeri iz Onishi tima su bili u mogućnosti da implementiraju gotovo revolucionarnu tehnologiju samu po sebi, pokrećući proces spontanog sagorijevanja koji je zaista uspješno smanjio emisiju izduvnih gasova. Međutim, otkrili su i značajna poboljšanja u efikasnosti motora, a ubrzo nakon što je razvoj predstavljen, slične procese su demonstrirali Toyota, Mitsubishi i Honda. Dizajneri su bili zadivljeni izuzetno glatkim i u isto vrijeme velikom brzinom sagorijevanja u prototipovima, smanjenom potrošnjom goriva i štetnim emisijama. Godine 1983. pojavili su se prvi laboratorijski uzorci četverotaktnih samozapaljivih motora u kojima je moguće upravljanje procesima u različitim režimima rada zbog činjenice da su kemijski sastav i omjer komponenti u korištenom gorivu apsolutno poznati. Međutim, analiza ovih procesa je donekle primitivna, budući da se zasniva na pretpostavci da se kod ovog tipa motora odvijaju zbog kinetike hemijskih procesa, a fizičke pojave kao što su mešanje i turbulencija su beznačajne. 80-ih godina postavljeni su temelji za prve analitičke modele procesa na osnovu pritiska, temperature i koncentracije komponenti goriva i vazduha u zapremini komore. Dizajneri su došli do zaključka da se rad ovog tipa motora može podijeliti na dva glavna dijela - paljenje i volumetrijsko oslobađanje energije. Analiza rezultata istraživanja pokazuje da samozapaljenje iniciraju isti niskotemperaturni preliminarni hemijski procesi (koji se javljaju ispod 700 stepeni sa stvaranjem peroksida) koji su odgovorni za štetno detonaciono sagorevanje u benzinskim motorima, kao i procesi oslobađanja glavne energije. su visoke temperature. i izvode se iznad ove uslovne temperaturne granice.
Jasno je da rad treba da bude usmeren na proučavanje i proučavanje rezultata promena u hemijskoj strukturi i sastavu naelektrisanja pod uticajem temperature i pritiska. Zbog nemogućnosti kontrole hladnog starta i rada pri maksimalnim opterećenjima u ovim režimima, inženjeri pribjegavaju upotrebi svjećice. Praktični test potvrđuje i teoriju da je efikasnost manja pri radu sa dizel gorivom, jer kompresijski omjer mora biti relativno nizak, a pri većoj kompresiji proces samozapaljenja dolazi prerano. kompresijski hod. Istovremeno se ispostavlja da pri korištenju dizel goriva postoje problemi s isparavanjem zapaljivih frakcija dizel goriva, te da su njihove kemijske reakcije prije plamena mnogo izraženije nego kod visokooktanskih benzina. I još jedna vrlo važna stvar - ispostavilo se da HCCI motori rade bez problema sa do 50% zaostalih plinova u odgovarajućim siromašnim smjesama u cilindrima. Iz svega proizilazi da su benzinci mnogo pogodniji za rad u ovakvom tipu agregata i razvoj je usmjeren u tom pravcu.
Prvi motori bliski pravoj auto industriji, u kojima su ovi procesi uspješno implementirani u praksi, bili su modificirani VW motori od 1,6 litara 1992. godine. Uz njihovu pomoć, dizajneri iz Wolfsburga uspjeli su povećati učinkovitost za 34% pri djelomičnom opterećenju. Nešto kasnije, 1996. godine, direktna usporedba HCCI motora s benzinskim i dizelskim motorom s direktnim ubrizgavanjem pokazala je da HCCI motori pokazuju najmanju potrošnju goriva i emisiju NOx bez potrebe za skupim sistemima ubrizgavanja. na gorivo.
Šta se danas događa
Danas, uprkos direktivama o smanjenju broja zaposlenih, GM nastavlja da razvija HCCI motore, a kompanija vjeruje da će ova vrsta mašina pomoći u poboljšanju benzinskih motora. Istog su mišljenja i Mazdini inženjeri, ali o njima ćemo u sljedećem broju. U nacionalnim laboratorijama Sandia, blisko sarađujući sa GM -om, trenutno usavršavaju novi tok rada, koji je varijanta HCCI -ja. Programeri ga zovu LTGC za "Niskotemperaturno sagorijevanje benzina". Budući da su u prethodnim projektima HCCI načini rada ograničeni na prilično uski radni raspon i nemaju veliku prednost u odnosu na moderne strojeve za smanjenje veličine, znanstvenici su ipak odlučili stratificirati smjesu. Drugim riječima, za stvaranje precizno kontroliranih siromašnijih i bogatijih područja, ali za razliku od više dizela. Događaji na prijelazu stoljeća pokazali su da su radne temperature često nedovoljne za završetak oksidacijskih reakcija ugljikovodika i CO-CO2. Kada se smjesa obogati i iscrpi, problem se uklanja, jer se njena temperatura povećava tokom procesa sagorijevanja. Međutim, on ostaje dovoljno nizak da ne započne stvaranje dušikovih oksida. Na prijelazu stoljeća, dizajneri su i dalje vjerovali da je HCCI niskotemperaturna alternativa dizel motoru koji ne stvara dušikove okside. Međutim, ni oni nisu stvoreni u novom LTGC procesu. Benzin se također koristi u tu svrhu, kao i u originalnim GM prototipima, jer ima nižu temperaturu isparavanja (i bolje miješanje sa zrakom), ali višu temperaturu samozapaljenja. Prema dizajnerima laboratorija, kombinacija načina rada LTGC i paljenja iskre u nepovoljnijim i teže kontroliranim načinima, poput punog opterećenja, rezultirat će strojevima koji su mnogo učinkovitiji od postojećih jedinica za smanjivanje veličine. Delphi Automotive razvija sličan proces paljenja kompresijom. Svoje dizajne nazivaju GDCI, za "Direktno ubrizgavanje paljenja kompresijom" (Direktno ubrizgavanje benzina i paljenje kompresijom), koji također pruža mršav i bogat rad za kontrolu procesa sagorijevanja. U Delphiju se to radi pomoću injektora sa složenom dinamikom ubrizgavanja, tako da, uprkos iscrpljivanju i obogaćivanju, smjesa u cjelini ostaje dovoljno mršava da ne stvara čađu i dovoljno niska temperatura da ne nastaju oksidi dušika. Dizajneri kontroliraju različite dijelove smjese tako da gore u različito vrijeme. Ovaj složeni proces podsjeća na dizelsko gorivo, emisije CO2 su niske, a stvaranje dušikovih oksida zanemarivo. Delphi je osigurao još najmanje 4 godine financiranja od američke vlade, a interes proizvođača kao što je Hyundai za njihov razvoj znači da neće prestati.
Sjetimo se Disotta
Razvoj dizajnera Daimler Engine Research Labs u Untertürkheimu zove se Diesotto i u režimu pokretanja i maksimalnog opterećenja radi kao klasični benzinski motor, koristeći sve prednosti direktnog ubrizgavanja i kaskadnog turbo punjenja. Međutim, pri niskim do srednjim brzinama i opterećenjima unutar jednog ciklusa, elektronika će isključiti sistem paljenja i prebaciti se u način upravljanja režimom samopaljenja. U ovom slučaju, faze izduvnih ventila radikalno mijenjaju svoj karakter. Otvaraju se u mnogo kraćem vremenu nego inače i sa znatno smanjenim hodom - tako da samo polovina izduvnih gasova ima vremena da napusti komoru za sagorevanje, a ostatak se namerno zadržava u cilindrima, zajedno sa većinom toplote koja se nalazi u njima. . Da bi se postigla još viša temperatura u komorama, mlaznice ubrizgavaju mali dio goriva koji se ne pali, već reagira sa zagrijanim plinovima. Tokom sljedećeg takta usisavanja, nova porcija goriva se ubrizgava u svaki cilindar u tačno pravoj količini. Usisni ventil se nakratko otvara kratkim hodom i omogućava precizno odmjerenoj količini svježeg zraka da uđe u cilindar i pomiješa se s dostupnim plinovima kako bi se proizvela posna mješavina goriva s visokim udjelom izduvnih plinova. Nakon toga slijedi takt kompresije u kojem temperatura smjese nastavlja rasti do trenutka samozapaljenja. Precizno tajming procesa postiže se preciznom kontrolom količine goriva, svežeg vazduha i izduvnih gasova, konstantnim informacijama sa senzora koji mere pritisak u cilindru, i sistemom koji može trenutno da promeni kompresiju koristeći ekscentrični mehanizam. menjanje položaja radilice. Inače, rad dotičnog sistema nije ograničen samo na HCCI način rada.
Upravljanje svim ovim složenim operacijama zahteva kontrolnu elektroniku koja se ne oslanja na uobičajeni skup unapred definisanih algoritama koji se nalaze u konvencionalnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, ali dozvoljavaju promene performansi u realnom vremenu na osnovu podataka senzora. Zadatak je težak, ali rezultat je vrijedan toga - 238 KS. 1,8-litarski Diesotto garantirao je koncept F700 sa emisijom CO2 S-klase od 127 g/km i usklađenošću sa strogim Euro 6 direktivama.
Tekst: Georgy Kolev
Dom " članci " Praznine » Benzinski i dizel motori u pojedinačnim ili HCCI motorima: Dio 2
