Тэст драйв бензінавыя і дызельныя рухавікі ў адзінарных рухавіках або рухавіках HCCI: Частка 2
Mazda заяўляе, што яны будуць першымі выкарыстоўваць яго ў серыі
З чыстымі газамі, падобнымі бензіну, і эфектыўнасцю дызельнага паліва. Гэты матэрыял пра тое, што адбываецца пры распрацоўцы ідэальнага рухавіка з аднастайным мяшаннем і самазагарання падчас сціску. Дызайнеры называюць гэта проста HCCI.
назапашванне ведаў
Асновы такіх працэсаў ўзыходзяць да сямідзесятых гадоў, калі японскі інжынер Анішы распрацаваў сваю тэхналогію "Актыўнае спальванне ў тэрмаатмасферы". На двары 1979 год - перыяд другога нафтавага крызісу і першых сур'ёзных юрыдычных абмежаванняў экалагічнага характару, і мэта інжынера - прывесці ў адпаведнасць з гэтымі патрабаваннямі распаўсюджаныя ў той час двухтактныя матацыклы. Вядома, што ў рэжыме малой і частковай нагрузкі ў цыліндрах двухтактных агрэгатаў захоўваецца вялікая колькасць выхлапных газаў, і ідэя японскага канструктара складаецца ў тым, каб ператварыць яго недахопы ў перавагі, стварыўшы працэс згарання, у якім рэшткавыя газы і высокая тэмпература паліва сумесь для карыснай працы .
Упершыню інжынерам з каманды Onishi удалося рэалізаваць практычна рэвалюцыйную тэхналогію сама па сабе, запусціўшы працэс самазагарання, які сапраўды паспяхова знізіў выкіды выхлапных газаў. Аднак яны таксама выявілі значнае павышэнне эфектыўнасці рухавіка, і неўзабаве пасля прэзентацыі распрацоўкі аналагічныя працэсы былі прадэманстраваны Toyota, Mitsubishi і Honda. Канструктары здзіўлены надзвычай плыўным і адначасова высакахуткасным згараннем у прататыпах, паніжаным выдаткам паліва і шкоднымі выкідамі. У 1983 году з'явіліся першыя лабараторныя ўзоры чатырохтактных рухавікоў з самазагараннем, у якіх кіраванне працэсамі ў розных рэжымах працы магчыма дзякуючы таму, што хімічны склад і суадносіны кампанентаў у выкарыстоўваным паліве абсалютна вядомыя. Аднак аналіз гэтых працэсаў некалькі прымітыўны, бо заснаваны на здагадцы, што ў гэтым тыпе рухавіка яны выконваюцца з-за кінетыкі хімічных працэсаў, а такія фізічныя з'явы, як мяшанне і турбулентнасць, малаважныя. Менавіта ў 80-х гадах былі закладзены асновы першых аналітычных мадэляў працэсаў, заснаваных на ціску, тэмпературы і канцэнтрацыі кампанентаў паліва і паветра ў аб'ёме камеры. Канструктары дашлі да высновы, што працу гэтага тыпу рухавіка можна падзяліць на дзве асноўныя часткі – запальванне і аб'ёмнае вылучэнне энергіі. Аналіз вынікаў даследаванняў паказвае, што самазагаранне ініцыюецца тымі ж нізкатэмпературнымі папярэднімі хімічнымі працэсамі (якія працякаюць ніжэй за 700 градусаў з адукацыяй пераксідаў), якія адказныя за шкоднае детонационное гарэнне ў бензінавых рухавіках, а працэсы вылучэння асноўнай энергіі высокатэмпературныя. і выконваюцца вышэй гэтай умоўнай тэмпературнай мяжы.
Зразумела, што праца павінна быць засяроджана на вывучэнні і вывучэнні вынікаў змен хімічнай структуры і складу зарада пад дзеяннем тэмпературы і ціскі. З-за немагчымасці кантраляваць халодны запуск і працу на максімальных нагрузках у гэтых рэжымах інжынеры звяртаюцца да выкарыстання свечкі запальвання. Падчас практычных выпрабаванняў таксама пацвярджаецца тэарэтычнае палажэнне аб тым, што ККД ніжэй пры працы з дызельным палівам, бо ступень сціску павінна быць адносна нізкай, а пры больш высокім сціску працэс самазагарання адбываецца занадта рана. ход сціску. У той жа час высвятляецца, што пры выкарыстанні дызельнага паліва ўзнікаюць праблемы з выпарэннем лёгка запальваюцца фракцый дызельнага паліва, і што іх перадпалымяныя хімічныя рэакцыі значна больш выяўленыя, чым з высокаактанавымі бензінамі. І яшчэ адзін вельмі важны момант апыняецца, што рухавікі HCCI без праблем працуюць з да 50% рэшткавых газаў у адпаведных бедных сумесях у цыліндрах. З усяго гэтага варта, што бензіны значна больш падыходзяць для працы ў гэтым тыпе агрэгатаў і распрацоўкі накіраваны менавіта ў гэтым напрамку.
Першымі рухавікамі, блізкімі да сапраўднаму аўтапраму, у якіх гэтыя працэсы былі паспяхова рэалізаваны на практыцы, былі мадыфікаваныя 1,6-літровы рухавікі VW ў 1992 годзе. З іх дапамогай канструктарам з Вольфсбурга удалося павысіць ККД на 34% у рэжыме частковай нагрузкі. Трохі пазней, у 1996 годзе, прамое параўнанне рухавіка HCCI з бензінавым і дызельным рухавіком з прамым упырскам паказала, што рухавікі HCCI паказалі самы нізкі расход паліва і выкіды аксідаў азоту без неабходнасці выкарыстання дарагіх сістэм упырску. па паліву.
Што адбываецца сёння
Сёння, нягледзячы на дырэктывы па памяншэнні габарытаў, GM ня спыняе распрацоўку рухавікоў HCCI, і кампанія лічыць, што гэты тып машын дапаможа палепшыць бензінавы рухавік. Такога ж меркавання прытрымліваюцца інжынеры Mazda, але пра іх мы раскажам у наступным выпуску. У Sandia National Laboratories, працуючы ў цесным супрацоўніцтве з GM, у цяперашні час яны ўдасканальваюць новы працоўны працэс, які з'яўляецца варыянтам HCCI. Распрацоўшчыкі называюць яго LTGC ад «нізкатэмпературнага згарання бензіну». Паколькі ў папярэдніх распрацоўках рэжымы HCCI абмежаваныя даволі вузкім працоўным дыяпазонам і не маюць асаблівага перавагі перад сучаснымі машынамі для памяншэння габарытаў, навукоўцы ў любым выпадку вырашылі расслаіць сумесь. Іншымі словамі, каб стварыць сапраўды кантраляваныя бяднейшыя і больш багатыя раёны, але ў адрозненне ад дызельнага паліва ў большым аб'ёме. Падзеі пачатку стагоддзя паказалі, што рабочых тэмператур часта недастаткова для завяршэння рэакцый акіслення вуглевадародаў і CO-CO2. Пры ўзбагачэнні і збядненні сумесі праблема ўстараняецца, паколькі ў працэсе згарання павышаецца яе тэмпература. Аднак ён застаецца досыць нізкім, каб не ініцыяваць адукацыю аксідаў азоту. На мяжы стагоддзяў канструктары па-ранейшаму лічылі, што HCCI з'яўляецца нізкатэмпературнай альтэрнатывай дызельнага рухавіка, які не генеруе аксіды азоту. Аднак у новым працэсе LTGC яны таксама не ствараюцца. Для гэтай мэты таксама выкарыстоўваецца бензін, як і ў арыгінальных прататыпах GM, паколькі ён мае больш нізкую тэмпературу выпарэння (і лепшае змешванне з паветрам), але больш высокую тэмпературу самазагарання. На думку распрацоўшчыкаў лабараторый, спалучэнне рэжыму LTGC і іскравыя запальвання ў больш неспрыяльных і трудноуправляемых рэжымах, такіх як поўная нагрузка, прывядзе да стварэння машын, якія будуць нашмат больш эфектыўнымі, чым існуючыя блокі памяншэння габарытаў. Delphi Automotive распрацоўвае аналагічны працэс ўзгарання ад сціску. Яны называюць свае праекты GDCI ад «непасрэднага ўпырску бензіну з ўзгараньне ад сціску» (непасрэдны ўпырск бензіну і самазагаранне пры сціску), які таксама забяспечвае працу з збядненнем і узбагачэннем сумесі для кіравання працэсам згарання. У Delphi гэта робіцца з дапамогай інжэктараў са складанай дынамікай ўпырску, так што, нягледзячы на знясіленне і ўзбагачэнне, сумесь у цэлым застаецца досыць беднай, каб не ўтваралася сажа, і досыць нізкай тэмпературай, каб не ўтвараць аксіды азоту. Канструктары кантралююць розныя часткі сумесі, каб яны гарэлі ў розны час. Гэты складаны працэс нагадвае дызельнае паліва, выкіды CO2 нізкія, а адукацыю аксідаў азоту нязначна. Delphi падала як мінімум яшчэ 4 гады фінансавання ад урада ЗША, і зацікаўленасць вытворцаў, такіх як Hyundai да іх развіцця азначае, што яны не спыняцца.
Успомнім Дизотто
Распрацоўка канструктараў даследчай лабараторыі Daimler Engine Research Labs у Унтертюркхайме называецца Diesotto і ў рэжыме пуску і максімальнай нагрузкі працуе як класічны бензінавы рухавік, выкарыстоўваючы ўсе перавагі прамога ўпырску і каскаднага турбанаддувам. Аднак пры малых і сярэдніх абарачэннях і нагрузках на працягу аднаго цыклу электроніка адключае сістэму запальвання і перамыкаецца ў рэжым кіравання рэжымам самазагарання. У гэтым выпадку фазы выпускных клапанаў кардынальна мяняюць свой характар. Яны адчыняюцца за значна карацейшы час, чым звычайна, і са значна паменшаным ходам – таму толькі палова выхлапных газаў паспявае пакінуць камеру згарання, а астатняя частка наўмысна ўтрымліваецца ў цыліндрах разам з большай часткай цяпла, які змяшчаецца ў іх. Для дасягнення яшчэ больш высокай тэмпературы ў камерах фарсункі ўпырскваюць невялікую порцыю паліва, якое не запальваецца, а ўступае ў рэакцыю з нагрэтымі газамі. Падчас наступнага такту ўпускаючы ў кожны цыліндр упырскваецца новая порцыя паліва ў сапраўды адмеранай колькасці. Впускной клапан адчыняецца на кароткі час з невялікім ходам і дазваляе сапраўды адмеранай колькасці свежага паветра ўвайсці ў цыліндр і змяшацца з наяўнымі газамі, каб атрымаць збедненую паліўную сумесь з вялікай дзеллю выхлапных газаў. Далей варта такт сціску, пры якім тэмпература сумесі працягвае павялічвацца да моманту самазагарання. Выкананне працэсу ў вызначаны час дасягаецца сапраўды за рахунак дакладнага рэгулявання колькасці паліва, свежага паветра і выхлапных газаў, сталай інфармацыі ад датчыкаў, якія вымяраюць ціск у цыліндры, і сістэмы, здольнай імгненна змяняць ступень сціску з дапамогай эксцэнтрыкавага механізму. змена становішча каленчатага вала. Дарэчы, праца разгляданай сістэмы не абмяжоўваецца рэжымам HCCI.
Кіраванне ўсімі гэтымі складанымі аперацыямі патрабуе кіравальнай электронікі, якая не належыць на звычайны набор загадзя зададзеных алгарытмаў, як у звычайных рухавіках унутранага згарання, але дазваляе змяняць характарыстыкі працы ў рэальным часе ў адпаведнасці з дадзенымі, атрыманымі ад датчыкаў. Задача складаная, але вынік таго варта 238 л.з. 1,8-літровы Diesotto гарантаваў канцэптуальны F700 з выкідамі CO2 S-класа 127 г/км і адпаведнасцю строгім дырэктывам Euro 6.
Тэкст: Георгій Колеў
Галоўная » Артыкулы » нарыхтоўкі » Бензінавыя і дызельныя рухавікі ў адзінарных рухавіках ці рухавіках HCCI: Частка 2
