Test drive na diesel at gasolina: mga uri

Ang maigting na paghaharap sa pagitan ng mga makina ng diesel at gasolina ay umabot sa kasukdulan nito. Ang pinakabagong teknolohiya ng turbo, electronically controlled common-rail direct injection system, mataas na compression ratios – ang tunggalian ay naglalapit sa dalawang uri ng engine... At biglang, sa gitna ng isang sinaunang tunggalian, isang bagong manlalaro ang biglang lumitaw sa eksena. isang lugar sa ilalim ng araw.

Matapos ang maraming taon ng pagpapabaya, natuklasan muli ng mga taga-disenyo ang napakalaking potensyal ng diesel engine at pinabilis ang pag-unlad nito sa pamamagitan ng masinsinang pagpapakilala ng mga bagong teknolohiya. Dumating sa puntong ang likas na pagganap nito ay lumapit sa mga katangian ng isang kakumpitensya sa gasolina at pinayagan ang paglikha ng hanggang ngayon na hindi maiisip na mga kotse tulad ng Volkswagen Race Touareg at Audi R10 TDI na may higit sa mga seryosong ambisyon sa karera. Ang pagkakasunud-sunod ng mga kaganapan sa huling labinlimang taon ay kilalang kilala ... Ang mga diesel engine ng 1936s ay hindi pangunahing pagkakaiba sa kanilang mga ninuno, nilikha ng Mercedes-Benz noong 13. Sumunod ang isang proseso ng mabagal na ebolusyon, na sa mga nagdaang taon ay lumago sa isang malakas na pagsabog ng teknolohikal. Noong huling bahagi ng ika-1, muling nilikha ng Mercedes ang unang turbodiesel ng sasakyan, noong huling bahagi ng ika-XNUMX, direktang iniksyon na naipakilala sa modelo ng Audi, kalaunan ang mga diesel ay nakatanggap ng mga ulo na may apat na balbula, at sa huling bahagi ng XNUMXs, ang mga elektronikong kinokontrol na mga sistema ng iniksyon ng Common Rail ay naging isang katotohanan. ... Samantala, ang high pressure direct fuel injection ay ipinakilala sa mga engine ng gasolina, kung saan ang ratio ng compression ngayon ay umabot sa XNUMX: XNUMX sa ilang mga kaso. Kamakailan lamang, ang teknolohiya ng turbo ay nakakaranas din ng isang muling pagbabalik, na may mga halaga ng metalikang kuwintas ng mga gasolina engine na nagsisimulang lumapit nang malaki ang mga halaga ng metalikang kuwintas ng sikat na nababaluktot na turbo diesel. Gayunpaman, kahanay ng paggawa ng makabago, ang isang matatag na pagkahilig patungo sa isang seryosong pagtaas sa gastos ng gasolina engine ay nananatili ... Kaya, sa kabila ng binibigkas na mga prejudices at polariseysyon ng mga opinyon tungkol sa gasolina at diesel engine sa iba't ibang bahagi ng mundo, alinman sa ang dalawang karibal ay nakakakuha ng nasasalat na pangingibabaw.

Sa kabila ng pagkakataon ng mga katangian ng dalawang uri ng mga yunit, mayroon pa ring malaking pagkakaiba-iba sa kalikasan, karakter at pag-uugali ng dalawang mga heat engine.

Sa kaso ng isang gasoline engine, ang pinaghalong hangin at evaporated fuel ay nabuo sa mas matagal na panahon at nagsisimula nang matagal bago magsimula ang proseso ng combustion. Gumagamit man ng carburetor o modernong electronic direct injection system, ang layunin ng paghahalo ay upang makabuo ng pare-pareho, homogenous na pinaghalong gasolina na may mahusay na tinukoy na air-fuel ratio. Ang halagang ito ay kadalasang malapit sa tinatawag na "stoichiometric mixture", kung saan mayroong sapat na oxygen atoms upang makapag-bonding (theoretically) sa isang matatag na istraktura sa bawat hydrogen at carbon atom sa gasolina, na bumubuo lamang ng H20 at CO2. Dahil ang compression ratio ay sapat na maliit upang maiwasan ang napaaga na hindi nakokontrol na auto-ignition ng ilang mga sangkap sa gasolina dahil sa mataas na temperatura ng compression (ang bahagi ng gasolina ay binubuo ng mga hydrocarbon na may mas mababang temperatura ng pagsingaw at mas mataas na temperatura ng pagkasunog). self-ignition mula sa mga nasa bahagi ng diesel), ang pag-aapoy ng halo ay pinasimulan ng isang spark plug at ang pagkasunog ay nangyayari sa anyo ng isang harap na gumagalaw sa isang tiyak na limitasyon ng bilis. Sa kasamaang palad, ang mga zone na may hindi kumpletong proseso ay nabuo sa silid ng pagkasunog, na humahantong sa pagbuo ng carbon monoxide at matatag na hydrocarbon, at kapag gumagalaw ang harap ng apoy, ang presyon at temperatura sa paligid nito ay tumataas, na humahantong sa pagbuo ng mga nakakapinsalang nitrogen oxide ( sa pagitan ng nitrogen at oxygen mula sa hangin), peroxide at hydroperoxide (sa pagitan ng oxygen at gasolina). Ang akumulasyon ng huli sa mga kritikal na halaga ay humahantong sa hindi makontrol na pagkasunog ng pagsabog, samakatuwid, sa mga modernong gasolina, ang mga praksyon ng mga molekula na may medyo matatag, mahirap-paputok na kemikal na "konstruksyon" ay ginagamit - isang bilang ng mga karagdagang proseso ay isinasagawa. sa mga refinery upang makamit ang gayong katatagan. kabilang ang pagtaas ng octane number ng gasolina. Dahil sa higit na nakapirming ratio ng timpla na maaaring patakbuhin ng mga makina ng gasolina, ang balbula ng throttle ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa kanila, kung saan ang pagkarga ng makina ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos ng dami ng sariwang hangin. Gayunpaman, ito, sa turn, ay nagiging isang mapagkukunan ng mga makabuluhang pagkalugi sa bahagyang mode ng pag-load, na gumaganap ng papel ng isang uri ng "plug sa lalamunan" ng makina.

Ang ideya ng lumikha ng diesel engine, si Rudolf Diesel, ay upang makabuluhang taasan ang compression ratio, at samakatuwid ang thermodynamic na kahusayan ng makina. Kaya, ang lugar ng silid ng gasolina ay bumababa, at ang enerhiya ng pagkasunog ay hindi nawawala sa pamamagitan ng mga dingding ng silindro at sistema ng paglamig, ngunit "ginugol" sa pagitan ng mga particle mismo, na sa kasong ito ay mas malapit sa bawat isa. iba pa. Kung ang isang pre-prepared air-fuel mixture ay pumasok sa combustion chamber ng ganitong uri ng engine, tulad ng sa kaso ng isang gasolina engine, pagkatapos ay kapag ang isang tiyak na kritikal na temperatura ay naabot sa panahon ng proseso ng compression (depende sa compression ratio at uri ng gasolina ), ang proseso ng self-ignition ay sisimulan bago ang GMT. hindi nakokontrol na volumetric combustion. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang diesel fuel ay injected sa huling sandali, sa ilang sandali bago ang GMT, sa napakataas na presyon, na lumilikha ng isang makabuluhang kakulangan ng oras para sa mahusay na pagsingaw, pagsasabog, paghahalo, self-ignition at ang pangangailangan para sa isang pinakamataas na limitasyon ng bilis na bihirang lumampas sa limitasyon. mula sa 4500 rpm Ang diskarte na ito ay nagtatakda ng naaangkop na mga kinakailangan para sa kalidad ng gasolina, na sa kasong ito ay isang maliit na bahagi ng diesel fuel - pangunahin ang mga tuwid na distillate na may makabuluhang mas mababang temperatura ng autoignition, dahil ang isang mas hindi matatag na istraktura at mahabang molekula ay isang paunang kinakailangan para sa kanilang mas madali. pagkalagot at reaksyon sa oxygen.

Ang isang tampok ng mga proseso ng pagkasunog ng isang diesel engine ay, sa isang banda, mga zone na may isang mayamang halo sa paligid ng mga butas ng iniksyon, kung saan ang gasolina ay nabubulok (bitak) mula sa temperatura nang walang oksihenasyon, na nagiging isang mapagkukunan ng mga carbon particle (uling), at sa iba pa. kung saan walang gasolina man at, sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura, ang nitrogen at oxygen ng hangin ay pumasok sa pakikipag-ugnayan ng kemikal, na bumubuo ng mga nitrogen oxide. Samakatuwid, ang mga engine ng diesel ay palaging naka-tune upang gumana sa mga medium-lean mixtures (iyon ay, na may isang seryosong labis na hangin), at ang pagkarga ay kinokontrol lamang ng dosis ng dami ng injected fuel. Iniiwasan nito ang paggamit ng throttle, na isang malaking kalamangan sa kanilang mga katapat na gasolina. Upang mabayaran ang ilan sa mga pagkukulang ng gasolina engine, ang mga taga-disenyo ay lumikha ng mga makina kung saan ang proseso ng pagbuo ng pinaghalong ay ang tinaguriang "charge stratification".

Sa bahagyang mode ng pag-load, ang pinakamainam na stoichiometric na halo ay nilikha lamang sa lugar sa paligid ng mga spark plug electrode dahil sa isang espesyal na iniksyon ng isang injected fuel jet, isang nakadirekta na daloy ng hangin, isang espesyal na profile ng mga front ng piston at iba pang mga katulad na pamamaraan upang matiyak ang pag-aapoy. pagiging maaasahan. Sa parehong oras, ang timpla sa karamihan ng dami ng silid ay nananatiling payat, at dahil ang pagkarga sa mode na ito ay maaari lamang makontrol ng dami ng ibinibigay na gasolina, ang balbula ng balbula ay maaaring manatiling ganap na bukas. Ito naman ay humahantong sa isang sabay na pagbaba ng pagkalugi at pagtaas ng thermodynamic na kahusayan ng makina. Sa teorya ang lahat ay mukhang mahusay, ngunit sa ngayon ang tagumpay ng ganitong uri ng makina na ginawa ng Mitsubishi at VW ay hindi naging kaakit-akit. Sa pangkalahatan, hanggang ngayon walang sinuman ang maaaring magyabang na sinamantala nila ang mga teknolohikal na solusyon.

At kung "magically" pagsamahin mo ang mga pakinabang ng dalawang uri ng engine? Ano ang magiging perpektong kumbinasyon ng mataas na diesel compression, homogenous distribution ng mixture sa buong volume ng combustion chamber at unipormeng self-ignition sa parehong volume? Ang masinsinang pag-aaral sa laboratoryo ng mga pang-eksperimentong yunit ng ganitong uri sa mga nakaraang taon ay nagpakita ng isang makabuluhang pagbawas sa mga nakakapinsalang emisyon sa mga gas na tambutso (halimbawa, ang halaga ng mga nitrogen oxide ay nabawasan ng hanggang 99%!) Sa pagtaas ng kahusayan kumpara sa mga makina ng gasolina. . Tila ang hinaharap ay talagang pag-aari ng mga makina, na kamakailang pinagsama-sama ng mga kumpanya ng sasakyan at mga independiyenteng kumpanya ng disenyo sa ilalim ng payong pangalang HCCI - Homogeneous Charge Compression Ignition Engines o Homogeneous Charge Self Ignition Engines.

Tulad ng maraming iba pang tila "rebolusyonaryo" na pag-unlad, ang ideya ng paglikha ng naturang makina ay hindi bago, at habang ang mga pagtatangka na lumikha ng isang maaasahang modelo ng produksyon ay hindi pa rin matagumpay. Sa parehong oras, ang lumalaking mga posibilidad ng elektronikong kontrol sa proseso ng teknolohikal at ang mahusay na kakayahang umangkop ng mga sistema ng pamamahagi ng gas ay lumikha ng isang napaka-makatotohanang at maasahin sa mabuti inaasahan para sa isang bagong uri ng engine.

Sa katunayan, sa kasong ito ito ay isang uri ng hybrid ng mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga gasolina at diesel engine. Ang isang mahusay na homogenized na timpla, tulad ng sa mga gasolina engine, ay pumapasok sa mga silid ng pagkasunog ng HCCI, ngunit ito ay nag-aapoy sa sarili sa ilalim ng impluwensya ng init mula sa pag-compress. Ang bagong uri ng makina ay hindi rin nangangailangan ng isang balbula ng throttle dahil maaari itong tumakbo sa mga sandalan. Gayunpaman, dapat pansinin na sa kasong ito ang kahulugan ng kahulugan ng "matangkad" ay makabuluhang naiiba mula sa kahulugan ng diesel, dahil ang HCCI ay walang isang ganap na payat at lubos na napayaman na pinaghalong, ngunit isang uri ng pantay na pantal na pinaghalong. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay nagsasangkot ng sabay na pag-aapoy ng pinaghalong sa buong dami ng silindro nang walang pare-parehong gumagalaw na apoy sa harap at sa isang mas mababang temperatura. Awtomatiko nitong humahantong sa isang makabuluhang pagbawas sa dami ng mga nitrogen oxide at uling sa mga gas na maubos, at, ayon sa isang bilang ng mga mapagkatiwalaang mapagkukunan, ang napakalaking pagpapakilala ng mas mahusay na mga HCCI sa serial automotive production noong 2010-2015. Makakatipid ng sangkatauhan tungkol sa kalahating milyong mga barrels. langis araw-araw.

Gayunpaman, bago ito makamit, dapat madaig ng mga mananaliksik at inhinyero ang pinakamalaking hadlang sa ngayon - ang kawalan ng maaasahang paraan upang makontrol ang mga proseso ng autoignition gamit ang mga fraction na naglalaman ng iba't ibang kemikal na komposisyon, katangian at pag-uugali ng mga modernong gasolina. Ang isang bilang ng mga katanungan ay sanhi ng pagpigil ng mga proseso sa iba't ibang mga pagkarga, mga rebolusyon at mga kondisyon ng temperatura ng makina. Ayon sa ilang mga eksperto, ito ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagbabalik ng isang tiyak na nasusukat na dami ng mga gas na tambutso pabalik sa silindro, pag-preheating ng timpla, o pabago-bagong pagbabago ng compression ratio, o direktang pagbabago ng compression ratio (halimbawa, ang SVC Saab prototype) o pagpapalit ng timing ng pagsasara ng balbula gamit ang mga variable na sistema ng pamamahagi ng gas.

Hindi pa malinaw kung paano aalisin ang problema ng ingay at thermodynamic na epekto sa disenyo ng makina dahil sa self-ignition ng isang malaking halaga ng sariwang timpla sa buong pagkarga. Ang tunay na problema ay ang pagsisimula ng makina sa mababang temperatura sa mga cylinder, dahil medyo mahirap simulan ang pag-aapoy sa sarili sa mga ganitong kondisyon. Sa kasalukuyan, maraming mga mananaliksik ang nagsisikap na alisin ang mga bottleneck na ito sa pamamagitan ng paggamit ng mga resulta ng mga obserbasyon ng mga prototype na may mga sensor para sa tuluy-tuloy na elektronikong kontrol at pagsusuri ng mga gumaganang proseso sa mga cylinder sa real time.

Ayon sa mga eksperto mula sa mga kumpanya ng sasakyan na nagtatrabaho sa direksyon na ito, kabilang ang Honda, Nissan, Toyota at GM, malamang na ang mga kumbinasyong kotse ay unang malilikha na maaaring lumipat sa mga mode ng pagpapatakbo, at ang spark plug ay gagamitin bilang isang uri ng katulong sa mga kaso. kung saan ang HCCI ay nakakaranas ng mga kahirapan. Ang Volkswagen ay nagpapatupad na ng katulad na pamamaraan sa kanyang CCS (Combined Combustion System) engine, na kasalukuyang tumatakbo lamang sa synthetic fuel na espesyal na binuo para dito.

Ang pag-aapoy ng halo sa mga makina ng HCCI ay maaaring isagawa sa isang malawak na hanay ng mga ratios sa pagitan ng gasolina, hangin at mga gas na maubos (ito ay sapat na upang maabot ang temperatura ng autoignition), at ang isang maikling oras ng pagkasunog ay humahantong sa isang makabuluhang pagtaas sa kahusayan ng engine. Ang ilang mga problema ng mga bagong uri ng mga yunit ay maaaring matagumpay na malulutas sa kumbinasyon ng mga hybrid na sistema, tulad ng Hybrid Synergy Drive ng Toyota - sa kasong ito, ang panloob na combustion engine ay maaari lamang gamitin sa isang tiyak na mode na pinakamainam sa mga tuntunin ng bilis at pagkarga. sa trabaho, kaya nilalampasan ang mga mode kung saan nahihirapan ang makina o nagiging hindi epektibo.

Ang pagkasunog sa mga makina ng HCCI, na nakamit sa pamamagitan ng pinagsamang pagkontrol ng temperatura, presyon, dami at kalidad ng halo sa isang posisyon na malapit sa GMT, ay talagang isang malaking problema laban sa background ng mas simpleng pagsunog na may isang spark plug. Sa kabilang banda, ang HCCI ay hindi kailangang lumikha ng mga magulong proseso, na mahalaga para sa gasolina at lalo na ang mga diesel engine, dahil sa sabay na volumetric na katangian ng pag-aapoy sa sarili. Sa parehong oras, ito ay para sa kadahilanang ito na kahit na ang mga maliliit na paglihis ng temperatura ay maaaring humantong sa mga makabuluhang pagbabago sa mga proseso ng kinetiko.

Sa pagsasagawa, ang pinakamahalagang kadahilanan para sa kinabukasan ng ganitong uri ng makina ay ang uri ng gasolina, at ang tamang solusyon sa disenyo ay matatagpuan lamang sa isang detalyadong kaalaman sa pag-uugali nito sa silid ng pagkasunog. Samakatuwid, maraming mga kumpanya ng automotive ang kasalukuyang nagtatrabaho sa mga kumpanya ng langis (tulad ng Toyota at ExxonMobil), at karamihan sa mga eksperimento sa yugtong ito ay isinasagawa gamit ang espesyal na idinisenyong sintetikong mga gatong, ang komposisyon at pag-uugali na kung saan ay kinakalkula nang maaga. Ang kahusayan ng paggamit ng gasolina at diesel na gasolina sa HCCI ay salungat sa lohika ng mga klasikong makina. Dahil sa mataas na temperatura ng auto-ignition ng mga gasolina, ang compression ratio sa kanila ay maaaring mag-iba mula 12:1 hanggang 21:1, at sa diesel fuel, na nag-aapoy sa mas mababang temperatura, dapat itong medyo maliit - sa pagkakasunud-sunod ng 8 lamang. :1.

Teksto: Georgy Kolev

Larawan: kumpanya