Tek motorlarda veya HCCI motorlarda benzinli ve dizel motorlarda test sürüşü: Bölüm 2
Mazda, onu seride ilk kullanacaklarını söylüyor
Benzin gibi temiz gazlar ve dizel yakıtın verimliliği ile. Bu makale, sıkıştırma sırasında homojen karıştırma ve kendiliğinden tutuşma ile ideal bir motor tasarlarken neler olduğu hakkındadır. Tasarımcılar buna basitçe HCCI diyor.
Bilgi birikimi
Bu tür süreçlerin temelleri, Japon mühendis Onishi'nin "Termo-atmosferde aktif yanma" teknolojisini geliştirdiği yetmişli yıllara dayanmaktadır. Tersanede, 1979, ikinci petrol krizinin ve çevresel nitelikteki ilk ciddi yasal kısıtlamaların dönemidir ve mühendisin amacı, o dönemde yaygın olan iki zamanlı motosikletleri bu gereksinimlere uygun hale getirmektir. Hafif ve kısmi yük modunda, iki zamanlı ünitelerin silindirlerinde büyük miktarda egzoz gazı depolandığı biliniyor ve Japon tasarımcının fikri, dezavantajlarını avantaja dönüştürmek. artık gazların ve yüksek yakıt sıcaklığının yararlı iş için karıştığı yanma süreci.
Onishi ekibindeki mühendisler ilk kez, egzoz emisyonlarını gerçekten başarılı bir şekilde azaltan kendiliğinden yanma sürecini tetikleyen neredeyse devrim niteliğinde bir teknolojiyi kendi içinde uygulayabildiler. Ancak motor verimliliğinde de önemli iyileşmeler buldular ve geliştirmenin açıklanmasının hemen ardından benzer süreçler Toyota, Mitsubishi ve Honda tarafından da gösterildi. Tasarımcılar, prototiplerdeki son derece pürüzsüz ve aynı zamanda yüksek hızlı yanma, azaltılmış yakıt tüketimi ve zararlı emisyonlar karşısında hayrete düştü. 1983 yılında, kullanılan yakıttaki bileşenlerin kimyasal bileşimi ve oranının kesinlikle bilinmesi nedeniyle çeşitli çalışma modlarında proses kontrolünün mümkün olduğu dört zamanlı kendinden ateşlemeli motorların ilk laboratuvar örnekleri ortaya çıktı. Bununla birlikte, bu süreçlerin analizi biraz ilkeldir, çünkü bu tip motorlarda bunların kimyasal süreçlerin kinetiği nedeniyle gerçekleştirildiği ve karıştırma ve türbülans gibi fiziksel olayların önemsiz olduğu varsayımına dayanmaktadır. 80'li yıllarda basınç, sıcaklık ve hazne hacmindeki yakıt ve hava bileşenlerinin konsantrasyonuna dayalı ilk analitik süreç modellerinin temelleri atıldı. Tasarımcılar, bu tip motorların çalışmasının ateşleme ve hacimsel enerji salınımı olmak üzere iki ana bölüme ayrılabileceği sonucuna vardılar. Araştırma sonuçlarının analizi, kendiliğinden tutuşmanın, benzinli motorlarda zararlı patlama yanmasından sorumlu olan aynı düşük sıcaklıktaki ön kimyasal işlemler (peroksit oluşumu ile 700 derecenin altında meydana gelen) ve ana enerjiyi serbest bırakma işlemleri tarafından başlatıldığını göstermektedir. yüksek sıcaklıklardır. ve bu koşullu sıcaklık sınırının üzerinde gerçekleştirilir.
Çalışmanın, sıcaklık ve basıncın etkisi altında yükün kimyasal yapısındaki ve bileşimindeki değişikliklerin sonuçlarının incelenmesi ve incelenmesine odaklanması gerektiği açıktır. Bu modlarda soğuk çalıştırmayı kontrol edememe ve maksimum yüklerde çalışma nedeniyle mühendisler buji kullanımına başvururlar. Pratik test aynı zamanda dizel yakıtla çalışırken verimliliğin daha düşük olduğu teorisini de doğrular çünkü sıkıştırma oranı nispeten düşük olmalıdır ve daha yüksek sıkıştırmada kendi kendine tutuşma süreci çok erken gerçekleşir. sıkıştırma darbesi. Aynı zamanda, dizel yakıtı kullanırken, dizel yakıtın yanıcı fraksiyonlarının buharlaşmasıyla ilgili sorunların olduğu ve alev öncesi kimyasal reaksiyonlarının yüksek oktanlı benzinlere göre çok daha belirgin olduğu ortaya çıktı. Ve çok önemli bir nokta daha - HCCI motorlarının, silindirlerdeki karşılık gelen yağsız karışımlarda% 50'ye varan artık gazlarla sorunsuz çalıştığı ortaya çıktı. Bütün bunlardan, benzinlerin bu tip ünitelerde çalışmaya çok daha uygun olduğu ve gelişmelerin bu yönde olduğu sonucu çıkıyor.
Bu işlemlerin pratikte başarıyla uygulandığı gerçek otomobil endüstrisine yakın ilk motorlar, 1,6'de modifiye edilmiş VW 1992 litrelik motorlardı. Wolfsburglu tasarımcılar onların yardımıyla kısmi yükte verimliliği% 34 artırabildiler. Kısa bir süre sonra, 1996 yılında, HCCI motorunun benzinli ve direkt enjeksiyonlu dizel motorla doğrudan karşılaştırılması, HCCI motorlarının pahalı enjeksiyon sistemlerine ihtiyaç duymadan en düşük yakıt tüketimini ve NOx emisyonlarını gösterdiğini gösterdi. yakıtla.
Bugün Ne Oluyor
Bugün, küçültme direktiflerine rağmen GM, HCCI motorları geliştirmeye devam ediyor ve şirket, bu tip makinenin benzinli motorun geliştirilmesine yardımcı olacağına inanıyor. Aynı görüş Mazda mühendisleri tarafından da paylaşılıyor, ancak bir sonraki sayıda onlardan bahsedeceğiz. Sandia Ulusal Laboratuarlarında GM ile yakın bir şekilde çalışarak şu anda HCCI'nin bir çeşidi olan yeni bir iş akışı geliştiriyorlar. Geliştiriciler buna "Düşük Sıcaklıklı Benzin Yanması" için LTGC diyor. Önceki tasarımlarda, HCCI modları oldukça dar bir çalışma aralığı ile sınırlı olduğundan ve boyut küçültme için modern makinelere göre fazla bir avantaja sahip olmadığından, bilim adamları yine de karışımı katmanlara ayırmaya karar verdiler. Diğer bir deyişle, tam olarak kontrol edilen daha fakir ve daha zengin alanlar oluşturmak, ancak daha fazla dizelin aksine. Yüzyılın başındaki olaylar, çalışma sıcaklıklarının hidrokarbonların ve CO-CO2'nin oksidasyon reaksiyonlarını tamamlamak için genellikle yetersiz olduğunu göstermiştir. Karışım zenginleştirildiğinde ve tükendiğinde, yanma işlemi sırasında sıcaklığı yükseldiği için sorun ortadan kalkar. Ancak, nitrojen oksit oluşumunu başlatmayacak kadar düşük kalır. Yüzyılın başında tasarımcılar hala HCCI'nin nitrojen oksit üretmeyen bir dizel motora düşük sıcaklıklı bir alternatif olduğuna inanıyorlardı. Ancak, yeni LTGC sürecinde de oluşturulmazlar. Orijinal GM prototiplerinde olduğu gibi benzin de bu amaç için kullanılır, çünkü daha düşük buharlaşma sıcaklığına (ve hava ile daha iyi karışmaya) sahiptir, ancak daha yüksek bir kendiliğinden tutuşma sıcaklığına sahiptir. Laboratuar tasarımcılarına göre, LTGC modu ve kıvılcım ateşlemenin kombinasyonu, tam yük gibi daha elverişsiz ve kontrol edilmesi zor modlarda, mevcut küçültme ünitelerinden çok daha verimli makinelerle sonuçlanacaktır. Delphi Automotive, benzer bir sıkıştırma ateşleme süreci geliştiriyor. Yanma sürecini kontrol etmek için yalın ve zengin bir çalışma sağlayan "Sıkıştırmalı Ateşleme Doğrudan Petrol Enjeksiyonu" (Benzin Doğrudan Enjeksiyon ve Sıkıştırmalı Ateşleme) için tasarımlarını GDCI olarak adlandırıyorlar. Delphi'de bu, karmaşık enjeksiyon dinamiklerine sahip enjektörler kullanılarak yapılır, böylece tükenme ve zenginleşmeye rağmen, karışım bir bütün olarak kurum oluşturmayacak kadar zayıf ve NOx oluşturmayacak kadar düşük sıcaklıkta kalır. Tasarımcılar karışımın farklı kısımlarını farklı zamanlarda yanacak şekilde kontrol ederler. Bu karmaşık süreç dizel yakıta benzer, CO2 emisyonları düşüktür ve nitrojen oksit oluşumu ihmal edilebilir düzeydedir. Delphi, ABD hükümetinden en az 4 yıl daha fon sağladı ve Hyundai gibi üreticilerin geliştirmelerine olan ilgisi durmayacakları anlamına geliyor.
Disotto'yu hatırlayalım
Untertürkheim'daki Daimler Motor Araştırma Laboratuvarı tasarımcılarının geliştirdiği gelişmeye Diesotto adı verilir ve başlatma ve maksimum yük modunda, doğrudan enjeksiyon ve kademeli turboşarjın tüm avantajlarını kullanarak klasik bir benzinli motor gibi çalışır. Ancak, düşük ila orta hızlarda ve bir döngü içindeki yüklerde, elektronik aksam ateşleme sistemini kapatacak ve kendi kendine ateşleme modu kontrol moduna geçecektir. Bu durumda, egzoz valflerinin fazları karakterlerini kökten değiştirir. Normalden çok daha kısa sürede ve çok daha kısa bir strokla açılırlar - bu nedenle egzoz gazlarının yalnızca yarısının yanma odasını terk etmek için zamanı vardır ve geri kalanı, içerdiği ısının çoğuyla birlikte kasıtlı olarak silindirlerde tutulur. . Bölmelerde daha da yüksek bir sıcaklık elde etmek için nozüller, tutuşmayan ancak ısıtılmış gazlarla reaksiyona giren küçük bir yakıt parçası enjekte eder. Sonraki emme stroku sırasında, her bir silindire tam olarak doğru miktarda yeni bir miktar yakıt enjekte edilir. Emme valfi kısa bir strokla kısa bir süre açılır ve hassas bir şekilde ölçülmüş miktarda taze havanın silindire girmesine ve mevcut gazlarla karışarak yüksek oranda egzoz gazı içeren zayıf bir yakıt karışımı üretmesine izin verir. Bunu, karışımın sıcaklığının kendi kendine tutuşma anına kadar yükselmeye devam ettiği bir sıkıştırma darbesi takip eder. Yakıt, taze hava ve egzoz gazlarının miktarının hassas bir şekilde kontrol edilmesi, silindirdeki basıncı ölçen sensörlerden gelen sürekli bilgi ve eksantrik bir mekanizma kullanarak sıkıştırma oranını anında değiştirebilen bir sistem ile sürecin hassas zamanlaması sağlanır. krank milinin konumunu değiştirmek. Bu arada söz konusu sistemin çalışması HCCI modu ile sınırlı değil.
Tüm bu karmaşık işlemleri yönetmek, geleneksel içten yanmalı motorlarda bulunan önceden tanımlanmış olağan algoritmalara dayanmayan, ancak sensör verilerine dayalı gerçek zamanlı performans değişikliklerine izin veren kontrol elektroniği gerektirir. Görev zor ama sonuç buna değer - 238 hp. 1,8 litrelik Diesotto, 700 g/km S-Serisi CO2 emisyonu ve katı Euro 127 direktiflerine uygunluk ile F6 konseptini garanti etti.
Metin: Georgy Kolev
Ev " Nesne " Boşluklar » Tekli veya HCCI Motorlarda Benzinli ve Dizel Motorlar: Bölüm 2
