Prawf disel a gasoline: mathau

Mae'r gwrthdaro llawn tyndra rhwng peiriannau diesel a gasoline yn cyrraedd ei uchafbwynt. Y dechnoleg dyrbo ddiweddaraf, systemau chwistrellu uniongyrchol rheilffordd gyffredin a reolir yn electronig, cymarebau cywasgu uchel - mae'r gystadleuaeth yn dod â'r ddau fath o injan yn agosach ... Ac yn sydyn, yng nghanol gornest hynafol, ymddangosodd chwaraewr newydd yn sydyn ar yr olygfa. lle dan haul.

Ar ôl blynyddoedd lawer o esgeulustod, mae'r dylunwyr wedi ailddarganfod potensial enfawr yr injan diesel ac wedi cyflymu ei ddatblygiad trwy gyflwyno technolegau newydd yn ddwys. Cyrhaeddodd y pwynt lle roedd ei berfformiad deinamig yn agosáu at nodweddion cystadleuydd gasoline ac yn caniatáu creu ceir hyd yn hyn yn annirnadwy fel y Volkswagen Race Touareg ac Audi R10 TDI gydag uchelgeisiau rasio mwy na difrifol. Mae cronoleg digwyddiadau'r pymtheng mlynedd diwethaf yn hysbys iawn ... Nid oedd peiriannau disel yr 1936s yn sylfaenol wahanol i'w hynafiaid, a grëwyd gan Mercedes-Benz yn ôl ym 13. Dilynodd proses o esblygiad araf, sydd yn y blynyddoedd diwethaf wedi tyfu i fod yn ffrwydrad technolegol pwerus. Yn niwedd y 1au, ail-greodd Mercedes y turbodiesel ceir cyntaf, yn niwedd y XNUMXau, gwnaeth chwistrelliad uniongyrchol ei ymddangosiad cyntaf yn y model Audi, derbyniodd dieels diweddarach bennau pedair falf, ac yn niwedd yr XNUMXs, daeth systemau pigiad Rheilffordd Cyffredin a reolir yn electronig yn realiti. . ... Yn y cyfamser, mae chwistrelliad tanwydd uniongyrchol pwysedd uchel wedi'i gyflwyno i beiriannau gasoline, lle mae'r gymhareb cywasgu heddiw yn cyrraedd XNUMX: XNUMX mewn rhai achosion. Yn ddiweddar, mae technoleg turbo hefyd yn profi dadeni, gyda gwerthoedd trorym peiriannau gasoline yn dechrau agosáu at werthoedd trorym y disel turbo hyblyg enwog. Fodd bynnag, ochr yn ochr â'r moderneiddio, mae tuedd gyson tuag at gynnydd difrifol yng nghost yr injan gasoline yn parhau ... Felly, er gwaethaf y rhagfarnau amlwg a polareiddio barn ynghylch peiriannau gasoline a disel mewn gwahanol rannau o'r byd, nid yw'r naill na'r llall o'r naill na'r llall. mae'r ddau wrthwynebydd yn ennill goruchafiaeth bendant.

Er gwaethaf cyd-ddigwyddiad rhinweddau'r ddau fath o uned, mae gwahaniaethau enfawr o hyd yn natur, cymeriad ac ymddygiad y ddwy injan wres.

Yn achos injan gasoline, mae'r cymysgedd o aer a thanwydd anwedd yn cael ei ffurfio dros gyfnod llawer hirach o amser ac yn dechrau ymhell cyn dechrau'r broses hylosgi. P'un a ydych chi'n defnyddio carburetor neu systemau chwistrellu uniongyrchol electronig modern, nod cymysgu yw cynhyrchu cymysgedd tanwydd unffurf, homogenaidd gyda chymhareb tanwydd aer wedi'i ddiffinio'n dda. Mae'r gwerth hwn fel arfer yn agos at yr hyn a elwir yn "gymysgedd stoichiometrig", lle mae digon o atomau ocsigen i allu bondio (yn ddamcaniaethol) mewn strwythur sefydlog â phob atom hydrogen a charbon yn y tanwydd, gan ffurfio H20 a CO2 yn unig. Oherwydd bod y gymhareb gywasgu yn ddigon bach i osgoi tanio rhai sylweddau yn y tanwydd yn gynamserol heb ei reoli oherwydd tymheredd cywasgu uchel (mae ffracsiwn gasoline yn cynnwys hydrocarbonau gyda thymheredd anweddiad llawer is a thymheredd hylosgi llawer uwch). hunan-danio o'r rhai yn y ffracsiwn diesel), tanio'r cymysgedd yn cael ei gychwyn gan plwg gwreichionen ac mae hylosgiad yn digwydd ar ffurf blaen yn symud ar derfyn cyflymder penodol. Yn anffodus, mae parthau â phrosesau anghyflawn yn cael eu ffurfio yn y siambr hylosgi, gan arwain at ffurfio carbon monocsid a hydrocarbonau sefydlog, a phan fydd blaen y fflam yn symud, mae'r pwysau a'r tymheredd ar ei ymyl yn cynyddu, sy'n arwain at ffurfio ocsidau nitrogen niweidiol ( rhwng nitrogen ac ocsigen o'r aer), perocsidau a hydroperocsidau (rhwng ocsigen a thanwydd). Mae cronni'r olaf i werthoedd critigol yn arwain at hylosgiad tanio afreolus, felly, mewn gasolines modern, defnyddir ffracsiynau o foleciwlau â "adeiladu" cemegol cymharol sefydlog, anodd eu tanio - mae nifer o brosesau ychwanegol yn cael eu cynnal. mewn purfeydd i sicrhau sefydlogrwydd o'r fath. gan gynnwys cynnydd yn nifer octan y tanwydd. Oherwydd y gymhareb cymysgedd sefydlog i raddau helaeth y gall peiriannau gasoline ei rhedeg, mae'r falf throttle yn chwarae rhan bwysig ynddynt, y mae llwyth yr injan yn cael ei reoleiddio trwy addasu faint o awyr iach. Fodd bynnag, mae, yn ei dro, yn dod yn ffynhonnell colledion sylweddol yn y modd llwyth rhannol, gan chwarae rôl math o "plwg gwddf" yr injan.

Syniad crëwr yr injan diesel, Rudolf Diesel, yw cynyddu'r gymhareb cywasgu yn sylweddol, ac felly effeithlonrwydd thermodynamig y peiriant. Felly, mae arwynebedd y siambr danwydd yn lleihau, ac nid yw egni hylosgi yn cael ei wasgaru trwy waliau'r silindr a'r system oeri, ond mae'n cael ei "wario" rhwng y gronynnau eu hunain, sydd yn yr achos hwn yn llawer agosach at bob un. arall. Os yw cymysgedd tanwydd aer a baratowyd ymlaen llaw yn mynd i mewn i siambr hylosgi y math hwn o injan, fel yn achos injan gasoline, yna pan gyrhaeddir tymheredd critigol penodol yn ystod y broses gywasgu (yn dibynnu ar y gymhareb cywasgu a'r math o danwydd ), bydd y broses hunan-danio yn cael ei gychwyn ymhell cyn GMT. hylosgiad cyfeintiol heb ei reoli. Am y rheswm hwn y mae tanwydd disel yn cael ei chwistrellu ar y foment olaf, ychydig cyn GMT, ar bwysedd uchel iawn, sy'n creu diffyg amser sylweddol ar gyfer anweddiad da, tryledu, cymysgu, hunan-danio a'r angen am derfyn cyflymder uchaf. anaml y mae hynny'n fwy na'r terfyn. o 4500 rpm Mae'r dull hwn yn gosod gofynion priodol ar gyfer ansawdd y tanwydd, sydd yn yr achos hwn yn ffracsiwn o danwydd disel - distylliadau syth yn bennaf gyda thymheredd tanio sylweddol is, gan fod strwythur mwy ansefydlog a moleciwlau hir yn rhagofyniad ar gyfer eu haws. rhwyg ac adwaith ag ocsigen.

Nodwedd o brosesau llosgi injan diesel yw, ar y naill law, barthau â chymysgedd cyfoethog o amgylch y tyllau pigiad, lle mae tanwydd yn dadelfennu (craciau) o'r tymheredd heb ocsidiad, gan droi yn ffynhonnell gronynnau carbon (huddygl), ac ar y llaw arall. lle nad oes tanwydd o gwbl ac, o dan ddylanwad tymheredd uchel, mae nitrogen ac ocsigen yr aer yn rhyngweithio cemegol, gan ffurfio ocsidau nitrogen. Felly, mae peiriannau disel bob amser yn cael eu tiwnio i weithredu gyda chymysgeddau heb lawer o fraster canolig (hynny yw, gyda gormodedd difrifol o aer), a dim ond dos y swm o danwydd sydd wedi'i chwistrellu sy'n rheoli'r llwyth. Mae hyn yn osgoi defnyddio'r llindag, sy'n fantais enfawr dros eu cymheiriaid gasoline. I wneud iawn am rai o ddiffygion injan gasoline, mae dylunwyr wedi creu peiriannau lle mai'r broses ffurfio cymysgedd yw'r "haeniad gwefr" fel y'i gelwir.

Yn y modd llwyth rhannol, dim ond yn yr ardal o amgylch yr electrodau plwg gwreichionen y mae'r cymysgedd stoichiometrig gorau posibl yn cael ei greu oherwydd chwistrelliad arbennig o jet tanwydd wedi'i chwistrellu, llif aer dan gyfarwyddyd, proffil blaen piston arbennig a dulliau tebyg eraill sy'n sicrhau dibynadwyedd tanio. Ar yr un pryd, mae'r gymysgedd yn y rhan fwyaf o gyfaint y siambr yn parhau i fod yn fain, a chan mai dim ond faint o danwydd a gyflenwir y gellir rheoli'r llwyth yn y modd hwn, gall y falf throttle aros yn gwbl agored. Mae hyn, yn ei dro, yn arwain at ostyngiad ar yr un pryd mewn colledion a chynnydd yn effeithlonrwydd thermodynamig yr injan. Mewn theori, mae popeth yn edrych yn wych, ond hyd yn hyn nid yw llwyddiant y math hwn o injan o Mitsubishi a VW wedi bod yn hudolus. Yn gyffredinol, hyd yn hyn ni all unrhyw un ymffrostio ei fod wedi manteisio i'r eithaf ar yr atebion technolegol hyn.

Ac os ydych chi'n "hudol" yn cyfuno manteision y ddau fath o beiriannau? Beth fyddai'r cyfuniad delfrydol o gywasgu diesel uchel, dosbarthiad homogenaidd y cymysgedd trwy gyfaint y siambr hylosgi a hunan-danio unffurf yn yr un gyfrol? Mae astudiaethau labordy dwys o unedau arbrofol o'r math hwn yn ystod y blynyddoedd diwethaf wedi dangos gostyngiad sylweddol mewn allyriadau niweidiol mewn nwyon gwacáu (er enghraifft, mae swm yr ocsidau nitrogen yn cael ei leihau hyd at 99%!) Gyda chynnydd mewn effeithlonrwydd o'i gymharu â pheiriannau gasoline . Mae'n ymddangos bod y dyfodol yn wir yn perthyn i beiriannau, y mae cwmnïau modurol a chwmnïau dylunio annibynnol wedi'u cyfuno'n ddiweddar o dan yr enw ymbarél HCCI - Peiriannau Tanio Cywasgu Tâl Homogenaidd neu Beiriannau Hunan Tanio Tâl Homogenaidd.

Fel llawer o ddatblygiadau eraill sy'n ymddangos yn “chwyldroadol”, nid yw'r syniad o greu peiriant o'r fath yn newydd, ac er bod ymdrechion i greu model cynhyrchu dibynadwy yn dal i fod yn aflwyddiannus. Ar yr un pryd, mae posibiliadau cynyddol rheolaeth electronig ar y broses dechnolegol a hyblygrwydd mawr systemau dosbarthu nwy yn creu gobaith realistig ac optimistaidd iawn ar gyfer math newydd o injan.

Mewn gwirionedd, yn yr achos hwn mae'n fath o hybrid o egwyddorion gweithredu peiriannau gasoline a disel. Mae cymysgedd homogenaidd da, fel mewn peiriannau gasoline, yn mynd i mewn i siambrau hylosgi'r HCCI, ond mae'n hunan-danio gan y gwres o'r cywasgiad. Nid oes angen falf throttle ar y math newydd o injan hefyd oherwydd gall redeg ar gymysgeddau main. Fodd bynnag, dylid nodi yn yr achos hwn bod ystyr y diffiniad o "heb lawer o fraster" yn wahanol iawn i'r diffiniad o ddisel, gan nad oes gan HCCI gymysgedd cwbl fain a chyfoethog iawn, ond mae'n fath o gymysgedd heb lawer o fraster. Mae'r egwyddor o weithredu yn cynnwys tanio'r gymysgedd ar yr un pryd yng nghyfaint gyfan y silindr heb ffrynt fflam sy'n symud yn unffurf ac ar dymheredd llawer is. Mae hyn yn arwain yn awtomatig at ostyngiad sylweddol yn swm yr ocsidau nitrogen a huddygl yn y nwyon gwacáu, ac, yn ôl nifer o ffynonellau awdurdodol, cyflwyno HCCIs llawer mwy effeithlon i gynhyrchu modurol cyfresol yn 2010-2015. A fydd yn arbed tua hanner miliwn o gasgenni i ddynoliaeth. olew yn ddyddiol.

Fodd bynnag, cyn cyflawni hyn, rhaid i ymchwilwyr a pheirianwyr oresgyn y maen tramgwydd mwyaf ar hyn o bryd - y diffyg ffordd ddibynadwy o reoli prosesau awtodanio gan ddefnyddio ffracsiynau sy'n cynnwys gwahanol gyfansoddiad cemegol, priodweddau ac ymddygiad tanwydd modern. Mae nifer o gwestiynau yn cael eu hachosi gan gyfyngiad prosesau ar wahanol lwythi, chwyldroadau ac amodau tymheredd yr injan. Yn ôl rhai arbenigwyr, gellir gwneud hyn trwy ddychwelyd swm o nwyon gwacáu wedi'i fesur yn fanwl gywir yn ôl i'r silindr, cynhesu'r cymysgedd ymlaen llaw, neu newid y gymhareb gywasgu yn ddeinamig, neu newid y gymhareb cywasgu yn uniongyrchol (er enghraifft, prototeip SVC Saab) neu newid amseriad cau'r falf gan ddefnyddio dosbarthiad nwy systemau amrywiol.

Nid yw'n glir eto sut y bydd problem sŵn ac effeithiau thermodynamig ar ddyluniad yr injan oherwydd hunan-danio llawer iawn o gymysgedd ffres ar lwyth llawn yn cael ei ddileu. Y broblem wirioneddol yw cychwyn yr injan ar dymheredd isel yn y silindrau, gan ei bod yn eithaf anodd cychwyn hunan-danio mewn amodau o'r fath. Ar hyn o bryd, mae llawer o ymchwilwyr yn gweithio i ddileu'r tagfeydd hyn trwy ddefnyddio canlyniadau arsylwadau o brototeipiau gyda synwyryddion ar gyfer rheolaeth electronig barhaus a dadansoddi prosesau gweithio mewn silindrau mewn amser real.

По мнению специалистов автомобильных компаний, работающих в этом направлении, среди которых Honda, Nissan, Toyota и GM, вероятно, сначала будут созданы комбинированные машины, которые могут переключать режимы работы, а свеча зажигания будет использоваться как своего рода помощник в тех случаях, когда HCCI испытывает трудности. Volkswagen уже реализует аналогичную схему в своем двигателе CCS (Combined Combustion System), который в настоящее время работает только на специально разработанном для него синтетическом топливе.

Gellir tanio'r cymysgedd mewn peiriannau HCCI mewn ystod eang o gymarebau rhwng tanwydd, aer a nwyon gwacáu (mae'n ddigon i gyrraedd y tymheredd awtodanio), ac mae amser hylosgi byr yn arwain at gynnydd sylweddol yn effeithlonrwydd injan. Gellir datrys rhai problemau mathau newydd o unedau yn llwyddiannus mewn cyfuniad â systemau hybrid, megis Hybrid Synergy Drive Toyota - yn yr achos hwn, dim ond mewn modd penodol sy'n optimaidd o ran cyflymder a llwyth y gellir defnyddio'r injan hylosgi mewnol. yn y gwaith, gan osgoi moddau lle mae'r injan yn brwydro neu'n dod yn aneffeithlon.

Mae hylosgi mewn peiriannau HCCI, a gyflawnir trwy reolaeth integredig ar dymheredd, gwasgedd, maint ac ansawdd y gymysgedd mewn safle sy'n agos at GMT, yn wir yn broblem fawr yn erbyn cefndir tanio llawer symlach gyda phlwg gwreichionen. Ar y llaw arall, nid oes angen i HCCI greu prosesau cythryblus, sy'n bwysig ar gyfer peiriannau gasoline ac yn enwedig peiriannau disel, oherwydd natur gyfeintiol hunan-danio ar yr un pryd. Ar yr un pryd, am y rheswm hwn y gall gwyriadau tymheredd bach hyd yn oed arwain at newidiadau sylweddol mewn prosesau cinetig.

Yn ymarferol, y ffactor pwysicaf ar gyfer dyfodol y math hwn o injan yw'r math o danwydd, a dim ond gyda gwybodaeth fanwl am ei ymddygiad yn y siambr hylosgi y gellir dod o hyd i'r datrysiad dylunio cywir. Felly, ar hyn o bryd mae llawer o gwmnïau modurol yn gweithio gyda chwmnïau olew (fel Toyota ac ExxonMobil), ac mae'r rhan fwyaf o'r arbrofion ar hyn o bryd yn cael eu cynnal gyda thanwydd synthetig a ddyluniwyd yn arbennig, y mae eu cyfansoddiad a'u hymddygiad yn cael eu cyfrifo ymlaen llaw. Mae effeithlonrwydd defnyddio tanwydd gasoline a disel yn HCCI yn groes i resymeg peiriannau clasurol. Oherwydd y tymheredd tanio auto uchel o gasolines, gall y gymhareb cywasgu ynddynt amrywio o 12:1 i 21:1, ac mewn tanwydd disel, sy'n tanio ar dymheredd is, dylai fod yn gymharol fach - ar orchymyn dim ond 8. :1.

Testun: Georgy Kolev

Llun: cwmni