Test drive na gasoline at diesel engine sa mga single engine o HCCI engine: Part 2

Sinabi ni Mazda na sila ang unang gagamitin ito sa serye

Na may malinis na gas tulad ng gasolina at kahusayan ng diesel fuel. Ang artikulong ito ay tungkol sa kung ano ang nangyayari kapag nagdidisenyo ng isang perpektong engine na may homogenous na paghahalo at autoignition habang pinipiga. Tinatawag lamang ito ng mga taga-disenyo na HCCI.

Akumulasyon ng kaalaman

Ang mga pundasyon ng naturang mga proseso ay nagsimula noong dekada sitenta, nang binuo ng Japanese engineer na si Onishi ang kanyang teknolohiya na "Active combustion in the thermo-atmosphere". Sa bakuran, ang 1979 ay ang panahon ng ikalawang krisis sa langis at ang unang seryosong legal na mga paghihigpit sa kalikasan, at ang layunin ng inhinyero ay dalhin ang dalawang-stroke na motorsiklo na karaniwan sa panahong iyon alinsunod sa mga kinakailangang ito. Alam na sa light at partial load mode, ang isang malaking halaga ng mga maubos na gas ay naka-imbak sa mga cylinder ng dalawang-stroke na yunit, at ang ideya ng Japanese designer ay gawing mga pakinabang ang mga kawalan nito sa pamamagitan ng paglikha ng isang proseso ng pagkasunog kung saan ang mga natitirang gas at mataas na temperatura ng gasolina ay naghahalo para sa kapaki-pakinabang na trabaho.

Sa unang pagkakataon, ang mga inhinyero mula sa pangkat ng Onishi ay nakapagpatupad ng halos rebolusyonaryong teknolohiya sa sarili nito, na nag-trigger ng isang kusang proseso ng pagkasunog na tunay na matagumpay na nakapagbawas ng mga emisyon ng tambutso. Gayunpaman, nakahanap din sila ng makabuluhang mga pagpapabuti sa kahusayan ng makina, at sa lalong madaling panahon pagkatapos na maipakita ang pag-unlad, ang mga katulad na proseso ay ipinakita ng Toyota, Mitsubishi at Honda. Ang mga taga-disenyo ay namangha sa sobrang makinis at sa parehong oras ng mataas na bilis ng pagkasunog sa mga prototype, nabawasan ang pagkonsumo ng gasolina at nakakapinsalang mga emisyon. Noong 1983, lumitaw ang mga unang sample ng laboratoryo ng mga four-stroke na self-ignition engine, kung saan ang kontrol ng proseso sa iba't ibang mga operating mode ay posible dahil sa ang katunayan na ang komposisyon ng kemikal at ratio ng mga bahagi sa gasolina na ginamit ay ganap na kilala. Gayunpaman, ang pagsusuri ng mga prosesong ito ay medyo primitive, dahil ito ay batay sa pag-aakalang sa ganitong uri ng makina sila ay isinasagawa dahil sa mga kinetics ng mga proseso ng kemikal, at ang mga pisikal na phenomena tulad ng paghahalo at kaguluhan ay hindi gaanong mahalaga. Ito ay noong 80s na ang mga pundasyon ay inilatag para sa unang analytical na mga modelo ng mga proseso batay sa presyon, temperatura at konsentrasyon ng mga sangkap ng gasolina at hangin sa dami ng silid. Ang mga taga-disenyo ay dumating sa konklusyon na ang pagpapatakbo ng ganitong uri ng makina ay maaaring nahahati sa dalawang pangunahing bahagi - ignition at volumetric na paglabas ng enerhiya. Ang pagsusuri sa mga resulta ng pananaliksik ay nagpapakita na ang pag-aapoy sa sarili ay pinasimulan ng parehong mababang temperatura na paunang mga proseso ng kemikal (nangyayari sa ibaba 700 degrees sa pagbuo ng mga peroxide) na responsable para sa nakakapinsalang pagkasunog ng pagsabog sa mga makina ng gasolina, at ang mga proseso ng pagpapakawala ng pangunahing enerhiya ay mataas ang temperatura. at ginagawa sa itaas ng kondisyong ito na limitasyon sa temperatura.

Malinaw na ang gawain ay dapat nakatuon sa pag-aaral at pag-aaral ng mga resulta ng mga pagbabago sa istruktura ng kemikal at komposisyon ng singil sa ilalim ng impluwensya ng temperatura at presyon. Dahil sa kawalan ng kakayahang kontrolin ang malamig na pagsisimula at magtrabaho sa maximum na pagkarga sa mga mode na ito, ang mga inhinyero ay gumagamit ng isang spark plug. Kinukumpirma din ng praktikal na pagsubok ang teorya na ang kahusayan ay mas mababa kapag nagpapatakbo sa diesel fuel, dahil ang compression ratio ay dapat na medyo mababa, at sa mas mataas na compression, ang proseso ng self-ignition ay nangyayari masyadong maaga. compression stroke. Kasabay nito, lumalabas na kapag gumagamit ng diesel fuel, may mga problema sa pagsingaw ng mga nasusunog na fraction ng diesel fuel, at ang kanilang pre-flame chemical reactions ay mas malinaw kaysa sa mga high-octane na gasolina. At isa pang napakahalagang punto - lumalabas na ang mga makina ng HCCI ay gumagana nang walang problema hanggang sa 50% ng mga natitirang gas sa kaukulang mga lean mixture sa mga cylinder. Mula sa lahat ng ito ay sumusunod na ang mga gasolina ay mas angkop para sa pagtatrabaho sa ganitong uri ng mga yunit at ang mga pag-unlad ay nakadirekta sa direksyong ito.

Ang mga unang makina na malapit sa tunay na industriya ng awto, kung saan matagumpay na naipatupad ang mga prosesong ito sa pagsasanay, ay binago ang mga VW 1,6-litro na engine noong 1992. Sa tulong nila, nadagdagan ng mga taga-disenyo mula sa Wolfsburg ang kahusayan ng 34% sa bahagyang pag-load. Makalipas ang ilang sandali, noong 1996, isang direktang paghahambing ng HCCI engine na may isang gasolina at direktang iniksyon na diesel engine ay ipinakita na ang mga HCCI engine ay nagpakita ng pinakamababang pagkonsumo ng gasolina at mga emisyon na NOx nang hindi nangangailangan ng mga mamahaling sistema ng pag-iniksyon. sa gasolina.

Ano ang nangyayari ngayon

Ngayon, sa kabila ng pagbawas ng mga direktiba, ang GM ay patuloy na bumuo ng mga engine ng HCCI, at naniniwala ang kumpanya na ang ganitong uri ng makina ay makakatulong mapabuti ang engine ng gasolina. Ang parehong opinyon ay hinahawakan ng mga inhinyero ng Mazda, ngunit pag-uusapan natin ang tungkol sa mga ito sa susunod na isyu. Ang Sandia National Laboratories, na nagtatrabaho malapit sa GM, ay kasalukuyang nagpapino ng isang bagong daloy ng trabaho, na kung saan ay isang pagkakaiba-iba ng HCCI. Tinawag ito ng mga developer na LTGC para sa "Mababang Temperatura Gasoline Combustion". Dahil sa mga nakaraang disenyo, ang mga mode ng HCCI ay limitado sa isang makitid na saklaw ng operating at walang labis na kalamangan sa mga modernong makina para sa pagbawas ng laki, nagpasya ang mga siyentista na pag-isahin din ang halo. Sa madaling salita, upang lumikha ng tumpak na kinokontrol na mas mahirap at mas mayamang mga lugar, ngunit sa kaibahan sa mas maraming diesel. Ang mga kaganapan sa pagsisimula ng siglo ay ipinapakita na ang temperatura ng pagpapatakbo ay madalas na hindi sapat upang makumpleto ang mga reaksyon ng oksihenasyon ng mga hydrocarbons at CO-CO2. Kapag ang pinaghalong ay enriched at naubos, ang problema ay natanggal, dahil ang temperatura nito tumataas sa panahon ng proseso ng pagkasunog. Gayunpaman, nananatili itong sapat na mababa upang hindi simulan ang pagbuo ng nitrogen oxides. Sa pagsisimula ng siglo, naniniwala pa rin ang mga tagadisenyo na ang HCCI ay isang mababang temperatura na kahalili sa isang diesel engine na hindi nakabuo ng nitrogen oxides. Gayunpaman, hindi rin nilikha ang mga ito sa bagong proseso ng LTGC. Ginagamit din ang gasolina para sa hangaring ito, tulad ng sa mga orihinal na prototype ng GM, dahil mayroon itong mas mababang temperatura ng vaporization (at mas mahusay na paghahalo sa hangin) ngunit isang mas mataas na temperatura ng autoignition. Ayon sa mga taga-disenyo ng laboratoryo, ang kombinasyon ng LTGC mode at spark ignition sa higit na hindi kasiya-siya at mahirap kontrolin ang mga mode, tulad ng buong pagkarga, ay magreresulta sa mga makina na mas mahusay kaysa sa mga umiiral nang downsizing unit. Ang Delphi Automotive ay bumubuo ng isang katulad na proseso ng pag-aapoy ng compression. Tinawag nilang GDCI ang kanilang mga disenyo, para sa "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (Gasoline Direct Injection at Compression Ignition), na nagbibigay din ng sandalan at mayamang gawain upang makontrol ang proseso ng pagkasunog. Sa Delphi, ginagawa ito gamit ang mga iniktor na may kumplikadong dynamics ng iniksyon, sa gayon, sa kabila ng pagkaubos at pagpapayaman, ang pinaghalong bilang isang kabuuan ay nananatiling sapat na sandalan upang hindi mabuo ang uling, at mababang sapat na temperatura upang hindi mabuo ang nitrogen oxides. Kinokontrol ng mga taga-disenyo ang iba't ibang bahagi ng halo upang masunog sila sa iba't ibang oras. Ang kumplikadong proseso na ito ay kahawig ng diesel fuel, ang mga emissions ng CO2 ay mababa at ang pagbuo ng nitrogen oxides ay bale-wala. Ang Delphi ay nagbigay ng hindi bababa sa 4 pang mga taon ng pagpopondo mula sa gobyerno ng US, at ang interes ng mga tagagawa tulad ng Hyundai sa kanilang pag-unlad ay nangangahulugang hindi sila titigil.

Tandaan natin ang Disotto

Ang pagbuo ng mga designer ng Daimler Engine Research Labs sa Untertürkheim ay tinatawag na Diesotto at sa start-up at maximum load mode ito ay gumagana tulad ng isang klasikong gasolina engine, gamit ang lahat ng mga pakinabang ng direktang iniksyon at cascade turbocharging. Gayunpaman, sa mababa hanggang katamtamang bilis at pag-load sa loob ng isang cycle, isasara ng electronics ang ignition system at lilipat sa self-ignition mode control mode. Sa kasong ito, ang mga yugto ng mga balbula ng tambutso ay radikal na nagbabago sa kanilang karakter. Nagbubukas ang mga ito sa mas maikling oras kaysa karaniwan at may mas pinababang stroke - kaya kalahati lamang ng mga gas na tambutso ang may oras na umalis sa silid ng pagkasunog, at ang natitira ay sadyang itinatago sa mga silindro, kasama ang karamihan sa init na nakapaloob sa kanila. . Upang makamit ang mas mataas na temperatura sa mga silid, ang mga nozzle ay nag-iniksyon ng isang maliit na bahagi ng gasolina na hindi nag-aapoy, ngunit tumutugon sa mga pinainit na gas. Sa panahon ng kasunod na intake stroke, isang bagong bahagi ng gasolina ang itinuturok sa bawat silindro sa eksaktong tamang dami. Ang intake valve ay bubukas saglit sa isang maikling stroke at nagbibigay-daan sa isang tiyak na sukat na dami ng sariwang hangin na pumasok sa silindro at makihalubilo sa mga magagamit na gas upang makabuo ng isang sandalan na pinaghalong gasolina na may mataas na proporsyon ng mga maubos na gas. Sinusundan ito ng isang compression stroke kung saan patuloy na tumataas ang temperatura ng pinaghalong hanggang sa sandali ng pag-aapoy sa sarili. Ang tumpak na timing ng proseso ay nakakamit sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol sa dami ng gasolina, sariwang hangin at mga gas na tambutso, patuloy na impormasyon mula sa mga sensor na sumusukat sa presyon sa silindro, at isang sistema na maaaring agad na baguhin ang ratio ng compression gamit ang isang sira-sirang mekanismo. pagbabago ng posisyon ng crankshaft. Sa pamamagitan ng paraan, ang pagpapatakbo ng system na pinag-uusapan ay hindi limitado sa HCCI mode.

Ang pamamahala sa lahat ng kumplikadong operasyong ito ay nangangailangan ng mga control electronics na hindi umaasa sa karaniwang hanay ng mga paunang natukoy na algorithm na makikita sa mga kumbensyonal na internal combustion engine, ngunit nagbibigay-daan sa real-time na mga pagbabago sa performance batay sa data ng sensor. Mahirap ang gawain, ngunit sulit ang resulta - 238 hp. Ginagarantiyahan ng 1,8-litro na Diesotto ang konseptong F700 na may S-Class CO2 emissions na 127 g/km at pagsunod sa mahigpit na mga direktiba ng Euro 6.

Teksto: Georgy Kolev

tahanan" Mga artikulo " Mga blangko » Ang Mga Gasolina at Diesel na Engine sa Single o HCCI Engine: Bahagi 2