Memandu uji enjin petrol dan diesel dalam enjin tunggal atau enjin HCCI: Bahagian 2

Mazda mengatakan bahawa mereka akan menjadi yang pertama menggunakannya dalam siri ini

Dengan gas bersih seperti petrol dan kecekapan bahan bakar diesel. Artikel ini adalah mengenai apa yang berlaku semasa merancang enjin yang ideal dengan pencampuran homogen dan autoignition semasa pemampatan. Pereka hanya memanggilnya HCCI.

Pengumpulan pengetahuan

Asas proses sedemikian bermula sejak tahun tujuh puluhan, apabila jurutera Jepun Onishi mengembangkan teknologinya "Pembakaran aktif dalam atmosfera termo". Di halaman, 1979 adalah tempoh krisis minyak kedua dan sekatan undang-undang pertama yang serius yang bersifat alam sekitar, dan matlamat jurutera adalah untuk membawa motosikal dua lejang biasa pada masa itu selaras dengan keperluan ini. Adalah diketahui bahawa dalam mod beban ringan dan separa, sejumlah besar gas ekzos disimpan dalam silinder unit dua lejang, dan idea pereka Jepun adalah untuk mengubah kelemahannya menjadi kelebihan dengan mencipta proses pembakaran di mana gas sisa dan suhu bahan api tinggi bercampur untuk kerja yang berguna.

Buat pertama kalinya, jurutera dari pasukan Onishi dapat melaksanakan teknologi yang hampir revolusioner itu sendiri, mencetuskan proses pembakaran spontan yang benar-benar berjaya mengurangkan pelepasan ekzos. Walau bagaimanapun, mereka juga mendapati peningkatan ketara dalam kecekapan enjin, dan tidak lama selepas pembangunan itu diumumkan, proses serupa ditunjukkan oleh Toyota, Mitsubishi dan Honda. Pereka bentuk kagum dengan pembakaran yang sangat licin dan pada masa yang sama berkelajuan tinggi dalam prototaip, mengurangkan penggunaan bahan api dan pelepasan berbahaya. Pada tahun 1983, sampel makmal pertama enjin penyalaan diri empat lejang muncul, di mana kawalan proses dalam pelbagai mod operasi adalah mungkin disebabkan oleh fakta bahawa komposisi kimia dan nisbah komponen dalam bahan api yang digunakan diketahui secara mutlak. Walau bagaimanapun, analisis proses ini agak primitif, kerana ia berdasarkan andaian bahawa dalam jenis enjin ini ia dijalankan disebabkan oleh kinetik proses kimia, dan fenomena fizikal seperti pencampuran dan pergolakan adalah tidak penting. Ia adalah pada tahun 80-an bahawa asas telah diletakkan untuk model analisis pertama proses berdasarkan tekanan, suhu dan kepekatan bahan api dan komponen udara dalam isipadu ruang. Pereka membuat kesimpulan bahawa operasi enjin jenis ini boleh dibahagikan kepada dua bahagian utama - pencucuhan dan pelepasan tenaga isipadu. Analisis hasil penyelidikan menunjukkan bahawa penyalaan diri dimulakan oleh proses kimia awal suhu rendah yang sama (berlaku di bawah 700 darjah dengan pembentukan peroksida) yang bertanggungjawab untuk pembakaran letupan berbahaya dalam enjin petrol, dan proses melepaskan tenaga utama adalah suhu tinggi. dan dilakukan melebihi had suhu bersyarat ini.

Adalah jelas bahawa kerja harus ditumpukan kepada kajian dan kajian hasil perubahan dalam struktur kimia dan komposisi cas di bawah pengaruh suhu dan tekanan. Disebabkan ketidakupayaan untuk mengawal permulaan sejuk dan bekerja pada beban maksimum dalam mod ini, jurutera menggunakan palam pencucuh. Ujian praktikal juga mengesahkan teori bahawa kecekapan adalah lebih rendah apabila beroperasi dengan bahan api diesel, kerana nisbah mampatan mestilah agak rendah, dan pada mampatan yang lebih tinggi, proses penyalaan diri berlaku terlalu awal. lejang mampatan. Pada masa yang sama, ternyata apabila menggunakan bahan api diesel, terdapat masalah dengan penyejatan pecahan bahan api diesel yang mudah terbakar, dan tindak balas kimia pra-nyalaan mereka jauh lebih ketara daripada petrol oktana tinggi. Dan satu lagi perkara yang sangat penting - ternyata enjin HCCI berfungsi tanpa masalah dengan sehingga 50% sisa gas dalam campuran tanpa lemak yang sepadan dalam silinder. Daripada semua ini, petrol adalah lebih sesuai untuk bekerja dalam unit jenis ini dan pembangunan diarahkan ke arah ini.

Enjin pertama yang hampir dengan industri automotif sebenar, di mana proses ini berjaya dilaksanakan dalam praktiknya, diubah suai mesin 1,6 liter VW pada tahun 1992. Dengan bantuan mereka, para pereka dari Wolfsburg dapat meningkatkan kecekapan sebanyak 34% pada beban separa. Tidak lama kemudian, pada tahun 1996, perbandingan langsung enjin HCCI dengan enjin diesel petrol dan suntikan langsung menunjukkan bahawa enjin HCCI menunjukkan penggunaan bahan bakar terendah dan pelepasan NOx tanpa memerlukan sistem suntikan yang mahal. pada bahan bakar.

Apa yang berlaku hari ini

Hari ini, di sebalik arahan pengurangan, GM terus mengembangkan enjin HCCI, dan syarikat percaya bahawa mesin jenis ini akan membantu meningkatkan enjin petrol. Pendapat yang sama dipegang oleh jurutera Mazda, tetapi kami akan membincangkannya dalam edisi seterusnya. Laboratorium Nasional Sandia, bekerja sama dengan GM, kini sedang menyempurnakan aliran kerja baru, yang merupakan varian HCCI. Para pemaju menyebutnya LTGC untuk "Pembakaran Bensin Suhu Rendah". Oleh kerana dalam reka bentuk sebelumnya, mod HCCI terhad pada julat operasi yang agak sempit dan tidak mempunyai banyak kelebihan daripada mesin moden untuk pengurangan ukuran, para saintis memutuskan untuk melakukan stratifikasi campuran. Dengan kata lain, untuk mewujudkan kawasan miskin dan kaya yang dikawal dengan tepat, tetapi berbeza dengan lebih banyak diesel. Kejadian pada akhir abad ini menunjukkan bahawa suhu operasi sering tidak mencukupi untuk menyelesaikan reaksi pengoksidaan hidrokarbon dan CO-CO2. Apabila campuran diperkaya dan habis, masalahnya dihilangkan, kerana suhunya meningkat semasa proses pembakaran. Walau bagaimanapun, ia tetap cukup rendah untuk tidak memulakan pembentukan nitrogen oksida. Pada awal abad ini, para pereka masih percaya bahawa HCCI adalah alternatif suhu rendah untuk mesin diesel yang tidak menghasilkan nitrogen oksida. Walau bagaimanapun, ia tidak dibuat dalam proses LTGC baru. Bensin juga digunakan untuk tujuan ini, seperti dalam prototaip GM asli, kerana ia mempunyai suhu pengewapan yang lebih rendah (dan pencampuran lebih baik dengan udara) tetapi suhu autoignition yang lebih tinggi. Menurut pereka makmal, gabungan mod LTGC dan pencucuhan pencucuhan dalam mod yang lebih tidak baik dan sukar dikawal, seperti beban penuh, akan menghasilkan mesin yang jauh lebih efisien daripada unit pengecil yang ada. Delphi Automotive sedang mengembangkan proses pencucuhan mampatan yang serupa. Mereka menyebut reka bentuk mereka GDCI, untuk "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (Gasoline Direct Injection and Compression Ignition), yang juga memberikan kerja yang ramping dan kaya untuk mengawal proses pembakaran. Di Delphi, ini dilakukan dengan menggunakan penyuntik dengan dinamika suntikan yang kompleks, sehingga, walaupun penipisan dan pengayaan, campuran secara keseluruhan tetap cukup ramping untuk tidak membentuk jelaga, dan suhu yang cukup rendah untuk tidak membentuk nitrogen oksida. Pereka mengawal bahagian campuran yang berlainan sehingga mereka membakar pada masa yang berlainan. Proses yang kompleks ini menyerupai bahan bakar diesel, pelepasan CO2 rendah dan pembentukan nitrogen oksida tidak dapat diabaikan. Delphi telah memberikan sekurang-kurangnya 4 tahun lagi dana dari pemerintah AS, dan minat pengeluar seperti Hyundai dalam pembangunan mereka bermaksud mereka tidak akan berhenti.

Mari kita ingat Disotto

Pembangunan pereka Makmal Penyelidikan Enjin Daimler di Untertürkheim dipanggil Diesotto dan dalam mod permulaan dan beban maksimum ia berfungsi seperti enjin petrol klasik, menggunakan semua kelebihan suntikan terus dan pengecasan turbo lata. Walau bagaimanapun, pada kelajuan rendah hingga sederhana dan beban dalam satu kitaran, elektronik akan mematikan sistem pencucuhan dan beralih kepada mod kawalan mod pencucuhan sendiri. Dalam kes ini, fasa injap ekzos secara radikal mengubah wataknya. Ia dibuka dalam masa yang lebih singkat daripada biasa dan dengan strok yang jauh berkurangan - jadi hanya separuh daripada gas ekzos mempunyai masa untuk meninggalkan ruang pembakaran, dan selebihnya sengaja disimpan di dalam silinder, bersama-sama dengan kebanyakan haba yang terkandung di dalamnya. . Untuk mencapai suhu yang lebih tinggi di dalam ruang, muncung menyuntik sebahagian kecil bahan api yang tidak menyala, tetapi bertindak balas dengan gas yang dipanaskan. Semasa strok pengambilan berikutnya, bahagian baru bahan api disuntik ke dalam setiap silinder dalam jumlah yang tepat. Injap masuk dibuka sebentar dengan pukulan pendek dan membenarkan jumlah udara segar bermeter yang tepat memasuki silinder dan bercampur dengan gas yang ada untuk menghasilkan campuran bahan api tanpa lemak dengan nisbah gas ekzos yang tinggi. Ini diikuti dengan lejang mampatan di mana suhu campuran terus meningkat sehingga saat penyalaan sendiri. Pemasaan proses yang tepat dicapai dengan mengawal jumlah bahan api, udara segar dan gas ekzos dengan tepat, maklumat berterusan daripada penderia yang mengukur tekanan dalam silinder, dan sistem yang boleh menukar nisbah mampatan dengan serta-merta menggunakan mekanisme sipi. menukar kedudukan aci engkol. Dengan cara ini, operasi sistem yang dimaksudkan tidak terhad kepada mod HCCI.

Menguruskan semua operasi kompleks ini memerlukan elektronik kawalan yang tidak bergantung pada set biasa algoritma pratakrif yang terdapat dalam enjin pembakaran dalaman konvensional, tetapi membenarkan perubahan prestasi masa nyata berdasarkan data penderia. Tugasnya sukar, tetapi hasilnya berbaloi - 238 hp. Diesotto 1,8 liter menjamin konsep F700 dengan pelepasan CO2 Kelas-S sebanyak 127 g/km dan mematuhi arahan ketat Euro 6.

Teks: Georgy Kolev

Rumah" Artikel " Kosong » Mesin Bensin dan Diesel dalam Mesin Tunggal atau HCCI: Bahagian 2