Toetsry petrol- en dieselenjins in enkelenjins of HCCI-enjins: Deel 2

Mazda sê hulle sal die eerstes wees wat dit in die reeks gebruik

Met skoon gasse soos petrol en die doeltreffendheid van diesel. Hierdie artikel handel oor wat gebeur wanneer 'n ideale enjin ontwerp word met homogene vermenging en outomatiese ontsteking tydens kompressie. Die ontwerpers noem dit eenvoudig HCCI.

Kumulasie van kennis

Die fondamente van sulke prosesse dateer terug na die sewentigerjare, toe die Japannese ingenieur Onishi sy tegnologie "Active combustion in the thermo-atmosphere" ontwikkel het. Op die erf is 1979 die tydperk van die tweede oliekrisis en die eerste ernstige wetlike beperkings van omgewingsaard, en die ingenieur se doel is om tweeslagmotorfietse wat destyds algemeen was, in ooreenstemming met hierdie vereistes te bring. Dit is bekend dat in die ligte en gedeeltelike vragmodus 'n groot hoeveelheid uitlaatgasse in die silinders van tweeslag-eenhede gestoor word, en die idee van die Japannese ontwerper is om die nadele daarvan in voordele te verander deur 'n verbrandingsproses waarin oorblywende gasse en hoë brandstoftemperatuur meng vir nuttige werk. .

Vir die eerste keer was ingenieurs van die Onishi-span in staat om 'n byna revolusionêre tegnologie op sigself te implementeer, wat 'n spontane ontbrandingsproses veroorsaak het wat werklik uitlaatgasse met sukses verminder het. Hulle het egter ook aansienlike verbeterings in enjindoeltreffendheid gevind, en kort nadat die ontwikkeling onthul is, is soortgelyke prosesse deur Toyota, Mitsubishi en Honda gedemonstreer. Ontwerpers was verstom deur die uiters gladde en terselfdertyd hoëspoedverbranding in die prototipes, verminderde brandstofverbruik en skadelike uitlaatgasse. In 1983 het die eerste laboratoriummonsters van vierslag-selfontstekingsenjins verskyn, waarin prosesbeheer in verskeie bedryfsmodusse moontlik is as gevolg van die feit dat die chemiese samestelling en verhouding van komponente in die brandstof wat gebruik word, absoluut bekend is. Die ontleding van hierdie prosesse is egter ietwat primitief, aangesien dit gebaseer is op die aanname dat dit in hierdie tipe enjin uitgevoer word as gevolg van die kinetika van chemiese prosesse, en sulke fisiese verskynsels soos vermenging en turbulensie is onbeduidend. Dit was in die 80's dat die grondslag gelê is vir die eerste analitiese modelle van prosesse gebaseer op druk, temperatuur en konsentrasie van brandstof en lugkomponente in die kamervolume. Die ontwerpers het tot die gevolgtrekking gekom dat die werking van hierdie tipe enjin in twee hoofdele verdeel kan word - ontsteking en volumetriese energievrystelling. Ontleding van navorsingsresultate toon dat selfontsteking geïnisieer word deur dieselfde lae-temperatuur voorlopige chemiese prosesse (wat onder 700 grade plaasvind met die vorming van peroksiede) wat verantwoordelik is vir skadelike ontploffingsverbranding in petrolenjins, en die prosesse om die hoofenergie vry te stel. is hoë temperature. en word bo hierdie voorwaardelike temperatuurlimiet uitgevoer.

Dit is duidelik dat die werk gefokus moet wees op die studie en studie van die resultate van veranderinge in die chemiese struktuur en samestelling van die lading onder die invloed van temperatuur en druk. As gevolg van die onvermoë om koue begin te beheer en teen maksimum vragte in hierdie modusse te werk, wend ingenieurs hul tot die gebruik van 'n vonkprop. Die praktiese toets bevestig ook die teorie dat die doeltreffendheid laer is wanneer met diesel brandstof gewerk word, aangesien die kompressieverhouding relatief laag moet wees, en by hoër kompressie vind die selfontbrandingsproses te vroeg plaas. kompressie beroerte. Terselfdertyd blyk dit dat wanneer dieselbrandstof gebruik word, daar probleme is met die verdamping van vlambare fraksies van dieselbrandstof, en dat hul voorvlam chemiese reaksies baie meer uitgesproke is as met hoë-oktaan petrole. En nog 'n baie belangrike punt - dit blyk dat HCCI-enjins sonder probleme werk met tot 50% van die oorblywende gasse in die ooreenstemmende maer mengsels in die silinders. Uit dit alles volg dit dat petrol baie meer geskik is om in hierdie tipe eenhede te werk en ontwikkelings is in hierdie rigting gerig.

Die eerste enjins naby die werklike motorbedryf, waarin hierdie prosesse suksesvol in die praktyk geïmplementeer is, is in 1,6 aangepas vir die 1992-liter-enjins. Met hul hulp kon die ontwerpers van Wolfsburg die doeltreffendheid met gedeeltelike lading met 34% verhoog. 'N Rukkie later, in 1996, het 'n direkte vergelyking van die HCCI-enjin met 'n petrolenjin en direkte-inspuiting-dieselenjin getoon dat HCCI-enjins die laagste brandstofverbruik en NOx-uitstoot het sonder dat daar duur inspuitingstelsels nodig was. op brandstof.

Wat gaan vandag aan

Ondanks die verminderingsvoorskrifte, gaan GM voort om HCCI -enjins te ontwikkel, en die maatskappy glo dat hierdie tipe masjien sal help om die petrolenjin te verbeter. Mazda -ingenieurs het dieselfde mening, maar ons sal in die volgende uitgawe daaroor praat. Sandia National Laboratories, wat nou saamwerk met GM, is tans besig om 'n nuwe werkstroom te verfyn, 'n variant van die HCCI. Die ontwikkelaars noem dit LTGC vir "Low Temperature Petrol Combustion". Aangesien HCCI -modusse in vorige ontwerpe beperk is tot 'n taamlik smal werkingsbereik en het hulle geen groot voordeel bo moderne masjiene om grootte te verminder nie, het die wetenskaplikes besluit om die mengsel in elk geval te stratifiseer. Met ander woorde, om armer en ryker gebiede presies te beheer, maar in teenstelling met meer diesel. Gebeure aan die begin van die eeu het getoon dat bedryfstemperatuur dikwels onvoldoende is om die oksidasiereaksies van koolwaterstowwe en CO-CO2 te voltooi. As die mengsel verryk en uitgeput word, word die probleem uitgeskakel, aangesien die temperatuur tydens die verbrandingsproses styg. Dit bly egter laag genoeg om nie die vorming van stikstofoksiede te begin nie. Teen die begin van die eeu het ontwerpers steeds geglo dat HCCI 'n lae temperatuur alternatief is vir 'n dieselenjin wat nie stikstofoksiede opwek nie. Dit word egter ook nie in die nuwe LTGC -proses geskep nie. Petrol word ook hiervoor gebruik, soos in die oorspronklike GM -prototipes, omdat dit 'n laer verdampingstemperatuur (en beter vermenging met lug) het, maar 'n hoër outo -ontstekingstemperatuur. Volgens laboratoriumontwerpers sal die kombinasie van LTGC -modus en vonkontsteking in meer ongunstige en moeilik beheerbare modi, soos vol vrag, masjiene tot gevolg hê wat baie meer doeltreffend is as bestaande verkleiningseenhede. Delphi Automotive ontwikkel 'n soortgelyke kompressieontstekingsproses. Hulle noem hul ontwerpe GDCI, vir "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (Gasoline Direct Injection and Compression Ignition), wat ook maer en ryk werk bied om die verbrandingsproses te beheer. In Delphi word dit gedoen met behulp van inspuiters met 'n komplekse inspuitingsdinamika, sodat die mengsel in sy geheel, ondanks uitputting en verryking, maer genoeg bly om nie roet te vorm nie en 'n lae temperatuur om stikstofoksiede te vorm. Die ontwerpers beheer verskillende dele van die mengsel sodat dit op verskillende tye brand. Hierdie komplekse proses lyk soos diesel, die CO2 -uitstoot is laag en die vorming van stikstofoksiede is weglaatbaar. Delphi het ten minste nog vier jaar geld befonds deur die Amerikaanse regering, en die belang van vervaardigers soos Hyundai in hul ontwikkeling beteken dat hulle nie sal ophou nie.

Laat ons Disotto onthou

Die ontwikkeling van die ontwerpers van die Daimler-enjinnavorsingslaboratoriums in Untertürkheim word Diesotto genoem en in aansit- en maksimumladingsmodus werk dit soos 'n klassieke petrolenjin, met al die voordele van direkte inspuiting en kaskade-turbo-aanjaging. Teen lae tot medium spoed en vragte binne een siklus, sal die elektronika egter die ontstekingstelsel afskakel en na selfontbrandingsmodusbeheermodus oorskakel. In hierdie geval verander die fases van die uitlaatkleppe hul karakter radikaal. Hulle maak in 'n baie korter tyd oop as gewoonlik en met 'n baie verminderde slag - so net die helfte van die uitlaatgasse het tyd om die verbrandingskamer te verlaat, en die res word doelbewus in die silinders gehou, saam met die meeste van die hitte wat daarin vervat is. . Om 'n nog hoër temperatuur in die kamers te bereik, spuit die spuitpunte 'n klein porsie brandstof in wat nie ontbrand nie, maar met verhitte gasse reageer. Tydens die daaropvolgende inlaatslag word 'n nuwe porsie brandstof presies in die regte hoeveelheid in elke silinder ingespuit. Die inlaatklep maak kortstondig oop met 'n kort slag en laat 'n presies afgemete hoeveelheid vars lug die silinder binnegaan en met die beskikbare gasse meng om 'n maer brandstofmengsel met 'n hoë proporsie uitlaatgasse te produseer. Dit word gevolg deur 'n kompressieslag waarin die temperatuur van die mengsel aanhou styg tot die oomblik van selfontbranding. Presiese tydsberekening van die proses word verkry deur die hoeveelheid brandstof, vars lug en uitlaatgasse presies te beheer, konstante inligting van sensors wat die druk in die silinder meet, en 'n stelsel wat die kompressieverhouding onmiddellik kan verander deur 'n eksentrieke meganisme te gebruik. die posisie van die krukas te verander. Terloops, die werking van die betrokke stelsel is nie beperk tot die HCCI-modus nie.

Om al hierdie komplekse bedrywighede te bestuur, vereis beheerelektronika wat nie staatmaak op die gewone stel voorafbepaalde algoritmes wat in konvensionele binnebrandenjins gevind word nie, maar intydse werkverrigtingveranderinge toelaat gebaseer op sensordata. Die taak is moeilik, maar die resultaat is die moeite werd - 238 pk. Die 1,8-liter Diesotto het die konsep F700 gewaarborg met S-klas CO2-emissies van 127 g/km en voldoening aan die streng Euro 6-voorskrifte.

Teks: Georgy Kolev

Tuis" Artikels " Spasies » Petrol- en dieselmotors in enkel- of HCCI-enjins: Deel 2