Próbavezetés benzin- és dízelmotorok egymotoros vagy HCCI-motorokban: 2. rész

A Mazda szerint ők fogják elsőként használni a sorozatban

Tiszta gázokkal, mint a benzin és a dízel üzemanyag hatékonyságával. Ez a cikk arról szól, mi történik, ha a tömörítés során homogén keveréssel és öngyulladással ideális motort tervezünk. A tervezők egyszerűen HCCI-nek hívják.

Az ismeretek felhalmozása

Az ilyen eljárások alapjai a hetvenes évekre nyúlnak vissza, amikor a japán Onishi mérnök kifejlesztette "Aktív égés a termoatmoszférában" technológiáját. Az udvaron 1979 a második olajválság és az első komolyabb, környezetvédelmi jellegű törvényi korlátozások időszaka, a mérnök célja az akkoriban megszokott kétütemű motorkerékpárok összhangba hozása ezekkel a követelményekkel. Köztudott, hogy könnyű és részterheléses üzemmódban nagy mennyiségű kipufogógáz tárolódik a kétütemű egységek hengereiben, és a japán tervező ötlete az, hogy ennek hátrányait előnyökké alakítsa egy égési folyamat, amelyben a maradék gázok és a magas tüzelőanyag hőmérséklet keveredik a hasznos munka érdekében.

Az Onishi csapat mérnökei most először tudtak már önmagában is szinte forradalmi technológiát megvalósítani, elindítva egy spontán égési folyamatot, amely valóban sikeresen csökkentette a kipufogógáz-kibocsátást. Ugyanakkor a motor hatásfokában is jelentős javulást tapasztaltak, és a fejlesztés bemutatása után nem sokkal a Toyota, a Mitsubishi és a Honda is bemutatott hasonló folyamatokat. A tervezőket lenyűgözte a prototípusok rendkívül egyenletes és egyben nagy sebességű égése, a csökkentett üzemanyag-fogyasztás és a káros károsanyag-kibocsátás. 1983-ban jelentek meg az első négyütemű öngyújtó motorok laboratóriumi mintái, amelyekben a folyamatvezérlés különféle üzemmódokban lehetséges, mivel a felhasznált üzemanyagban a kémiai összetétel és az összetevők aránya teljesen ismert. E folyamatok elemzése azonban kissé primitív, mivel azon a feltételezésen alapul, hogy az ilyen típusú motorokban a kémiai folyamatok kinetikája miatt valósulnak meg, és az olyan fizikai jelenségek, mint a keveredés és a turbulencia, jelentéktelenek. A 80-as években fektették le az alapjait a nyomáson, hőmérsékleten, valamint a kamratérfogatban lévő üzemanyag- és levegőkomponensek koncentrációján alapuló folyamatok első analitikai modelljének. A tervezők arra a következtetésre jutottak, hogy az ilyen típusú motorok működése két fő részre osztható - gyújtásra és térfogati energiakibocsátásra. A kutatási eredmények elemzése azt mutatja, hogy az öngyulladást ugyanazok az alacsony hőmérsékletű (700 fok alatti peroxidok képződésével járó) előkémiai folyamatok indítják el, amelyek felelősek a benzinmotorok káros detonációs égéséért, illetve a fő energia leadási folyamatokért. magas hőmérsékletűek. és e feltételes hőmérsékleti határ felett hajtják végre.

Nyilvánvaló, hogy a munka középpontjában a töltés kémiai szerkezetének és összetételének hőmérséklet és nyomás hatására bekövetkező változásainak tanulmányozása és eredményeinek tanulmányozása kell irányulnia. Mivel ezekben az üzemmódokban nem lehet szabályozni a hidegindítást és a maximális terhelés mellett, a mérnökök gyújtógyertya használatához folyamodnak. A gyakorlati teszt is megerősíti azt az elméletet, hogy dízel üzemanyaggal üzemelve alacsonyabb a hatásfok, mivel a sűrítési aránynak viszonylag alacsonynak kell lennie, nagyobb sűrítésnél pedig túl korán megy végbe az öngyulladás. kompressziós löket. Ugyanakkor kiderül, hogy dízel üzemanyag használatakor problémák vannak a dízel üzemanyag gyúlékony frakcióinak elpárologtatásával, és ezek láng előtti kémiai reakciói sokkal kifejezettebbek, mint a magas oktánszámú benzineknél. És még egy nagyon fontos pont - kiderül, hogy a HCCI motorok probléma nélkül működnek a maradék gázok akár 50% -ával a megfelelő sovány keverékekben a hengerekben. Mindebből az következik, hogy a benzin sokkal alkalmasabb az ilyen típusú egységekben való munkára, és a fejlesztések ebbe az irányba irányulnak.

Az első, a valós autóiparhoz közeli motorok, amelyekben ezeket a folyamatokat sikeresen megvalósították, 1,6-ben módosították a VW 1992 literes motorjait. Segítségükkel a wolfsburgi tervezők részterhelés mellett 34% -kal tudták növelni a hatékonyságot. Kicsivel később, 1996-ban, a HCCI motor közvetlen összehasonlítása a benzines és a közvetlen befecskendezésű dízelmotorral azt mutatta, hogy a HCCI motorok mutatják a legkisebb üzemanyag-fogyasztást és NOx-kibocsátást anélkül, hogy szükség lenne drága befecskendező rendszerekre. az üzemanyagon.

Mi folyik ma

Ma, a leépítési irányelvek ellenére, a GM folytatja a HCCI motorok fejlesztését, és a vállalat úgy véli, hogy ez a géptípus hozzájárul a benzinmotor fejlesztéséhez. Ugyanezt a véleményt vallják a Mazda mérnökei is, de ezekről a következő számban fogunk beszélni. A Sandia National Laboratories -ban, szorosan együttműködve a GM -sel, jelenleg egy új munkafolyamatot finomítanak, amely a HCCI egyik változata. A fejlesztők LTGC -nek nevezik "alacsony hőmérsékletű benzinégetés" -nek. Mivel a korábbi tervekben a HCCI módok meglehetősen szűk működési tartományra korlátozódtak, és nem rendelkeznek nagy előnnyel a modern gépekkel szemben a méretcsökkentés érdekében, a tudósok úgy döntöttek, hogy mégis rétegzik a keveréket. Más szóval, hogy pontosan szabályozott szegényebb és gazdagabb területeket hozzon létre, de ellentétben a több dízelmotorral. A századforduló eseményei azt mutatták, hogy az üzemi hőmérséklet gyakran nem elegendő a szénhidrogének és a CO-CO2 oxidációs reakcióinak befejezéséhez. A keverék dúsítása és kimerülése esetén a probléma megszűnik, mivel hőmérséklete az égési folyamat során emelkedik. Mindazonáltal elég alacsony marad ahhoz, hogy ne indítsa el a nitrogén -oxidok képződését. A századfordulón a tervezők még úgy gondolták, hogy a HCCI alacsony hőmérsékletű alternatíva a dízelmotorok számára, amelyek nem termelnek nitrogén-oxidokat. Ezek azonban az új LTGC folyamatban sem jönnek létre. A benzint is erre a célra használják, mint az eredeti GM prototípusoknál, mivel alacsonyabb a párolgási hőmérséklete (és jobb a levegővel való keverés), de magasabb az öngyulladási hőmérséklet. A laboratóriumi tervezők szerint az LTGC üzemmód és a szikragyújtás kombinációja kedvezőtlenebb és nehezebben szabályozható üzemmódokban, például teljes terhelés esetén olyan gépek létrehozásához vezet, amelyek sokkal hatékonyabbak, mint a meglévő létszámcsökkentő egységek. A Delphi Automotive hasonló kompressziós gyújtási folyamatot fejleszt. Terveiket GDCI -nek nevezik, "kompressziós gyújtású közvetlen benzinbefecskendezés" (benzin közvetlen befecskendezés és kompressziós gyújtás) számára, amely szintén sovány és gazdag munkát biztosít az égési folyamat szabályozásához. A Delphi -ben ezt komplex befecskendezési dinamikájú injektorok segítségével végzik, így a kimerülés és a dúsulás ellenére a keverék egésze elég sovány marad ahhoz, hogy ne képződjön korom, és elég alacsony hőmérsékleten, hogy ne képződjön nitrogén -oxid. A tervezők a keverék különböző részeit úgy szabályozzák, hogy azok különböző időpontokban égjenek. Ez az összetett folyamat a dízelüzemanyaghoz hasonlít, a CO2 -kibocsátás alacsony, és a nitrogén -oxidok képződése elhanyagolható. A Delphi még legalább 4 év finanszírozást biztosított az amerikai kormány részéről, és a Hyundaihoz hasonló gyártók érdeklődése a fejlesztésük iránt nem áll le.

Emlékezzünk Disottóra

Az untertürkheimi Daimler Engine Research Labs tervezőinek fejlesztését Diesottonak hívják, és indítási és maximális terhelési üzemmódban úgy működik, mint egy klasszikus benzinmotor, kihasználva a közvetlen befecskendezés és a kaszkádos turbófeltöltés minden előnyét. Alacsony és közepes fordulatszámon és egy cikluson belüli terhelésen azonban az elektronika kikapcsolja a gyújtásrendszert, és átvált öngyulladási mód vezérlési módba. Ebben az esetben a kipufogószelepek fázisai radikálisan megváltoztatják karakterüket. A szokásosnál jóval rövidebb idő alatt és jóval csökkentett lökettel nyílnak ki – így a kipufogógázoknak csak a felének van ideje elhagyni az égésteret, a többit pedig szándékosan a hengerekben tartják, a bennük lévő hő nagy részével együtt. . A kamrák még magasabb hőmérsékletének elérése érdekében a fúvókák egy kis mennyiségű üzemanyagot fecskendeznek be, amely nem gyullad meg, hanem reagál a felmelegített gázokkal. Az ezt követő szívólöket során minden hengerbe pontosan a megfelelő mennyiségben új üzemanyag-adagot fecskendeznek be. A szívószelep rövid időre kinyílik egy rövid lökettel, és pontosan kimért mennyiségű friss levegőt enged be a hengerbe, és a rendelkezésre álló gázokkal keveredve sovány üzemanyag-keveréket állít elő, magas kipufogógáz-aránnyal. Ezt egy kompressziós löket követi, amelyben a keverék hőmérséklete az öngyulladás pillanatáig tovább emelkedik. A folyamat pontos időzítése az üzemanyag, a friss levegő és a kipufogógáz mennyiségének precíz szabályozásával, a hengerben lévő nyomást mérő érzékelőktől érkező állandó információkkal, valamint egy olyan rendszerrel érhető el, amely excenteres mechanizmus segítségével azonnal megváltoztathatja a kompressziós arányt. a főtengely helyzetének megváltoztatása. A szóban forgó rendszer működése egyébként nem korlátozódik a HCCI módra.

Mindezen összetett műveletek kezeléséhez olyan vezérlőelektronikára van szükség, amely nem támaszkodik a hagyományos belső égésű motorokban előforduló szokásos előre meghatározott algoritmusokra, hanem lehetővé teszi a valós idejű teljesítmény változtatásokat az érzékelők adatai alapján. A feladat nehéz, de az eredmény megéri - 238 LE. Az 1,8 literes Diesotto garantálta az F700 koncepciót, 2 g/km-es S-osztály CO127-kibocsátással és a szigorú Euro 6-os irányelvek betartásával.

Szöveg: Georgy Kolev

Itthon " cikkek " Üresek » Benzin- és dízelmotorok egy- vagy HCCI-motorokban: 2. rész