Дизельді және бензинді сынақтан өткізу: түрлері
Дизельді және бензин қозғалтқыштары арасындағы шиеленісті қарама-қайшылық шарықтау шегіне жетеді. Соңғы турбо технологиясы, электронды басқарылатын жалпы рельсті тікелей айдау жүйелері, жоғары сығымдау коэффициенттері – бәсеке қозғалтқыштардың екі түрін жақындастырады... Және кенеттен, ежелгі дуэльдің ортасында кенеттен сахнаға жаңа ойыншы шықты. күн астындағы жер.
Көптеген жылдар бойы қараусыз қалғаннан кейін, дизайнерлер дизельді қозғалтқыштың орасан зор әлеуетін қайта ашты және жаңа технологияларды қарқынды енгізу арқылы оның дамуын жеделдетті. Бұл оның динамикалық өнімділігі бензин бәсекелесінің сипаттамаларына жақындады және Volkswagen Race Touareg және Audi R10 TDI сияқты бұрын -соңды ойластырылмаған автомобильдерді құруға мүмкіндік берді. Соңғы он бес жылдағы оқиғалардың хронологиясы жақсы белгілі ... ХNUMX-тің дизельді қозғалтқыштары Мерседес-Бенц 1936 жылы жасаған ата-бабаларынан түбегейлі ерекшеленбеді. Баяу эволюция процесі жүрді, ол соңғы жылдары қуатты технологиялық жарылысқа айналды. 13-ші жылдардың соңында Мерседес бірінші автокөлік турбодизельін қайта құрды, 1-ші жылдардың соңында Audi үлгісінде тікелей инъекция жасалды, кейін дизельдер төрт клапанды бастарын алды, ал ХNUMX-ші жылдардың соңында электронды басқарылатын Common Rail айдау жүйелері шындыққа айналды. ... Сонымен қатар, бензин қозғалтқыштарына жоғары қысымды тікелей жанармай бүрку енгізілді, онда қысу коэффициенті бүгінгі таңда кейбір жағдайларда ХNUMX: XNUMX -ке жетеді. Жақында турбо технологиясы да қайта өрлеу кезеңін бастан кешуде, бензин қозғалтқыштарының айналу моменттері әйгілі икемді турбо дизельдің айналу моментіне айтарлықтай жақындай бастады. Алайда, модернизациямен қатар, бензин қозғалтқышының бағасының күрт өсуіне тұрақты тенденция сақталуда ... Сонымен, әлемнің әр түкпірінде бензин мен дизельді қозғалтқыштар туралы пікірлердің айқын пікірі мен поляризациясына қарамастан, екі қарсылас нақты үстемдікке ие болады.
Екі типті қондырғылардың қасиеттерінің сәйкес келуіне қарамастан, екі жылу қозғалтқышының сипатында, мінезінде және мінез-құлқында әлі де үлкен айырмашылықтар бар.
Бензин қозғалтқышы жағдайында ауа мен буланған отынның қоспасы әлдеқайда ұзағырақ уақыт кезеңінде қалыптасады және жану процесі басталғанға дейін көп уақыт бұрын басталады. Карбюраторды немесе қазіргі заманғы электронды тікелей айдау жүйелерін пайдалансаңыз да, араластырудың мақсаты жақсы анықталған ауа-отын қатынасы бар біркелкі, біртекті отын қоспасын жасау болып табылады. Бұл шама әдетте оттегінің әрбір сутегі және көміртек атомдарымен тұрақты құрылымда байланысып, тек H20 және CO2 түзе алатын (теориялық тұрғыдан) жеткілікті оттегі атомдары бар «стехиометриялық қоспаға» жақын. Сығу коэффициенті жоғары сығу температурасына байланысты отындағы кейбір заттардың мерзімінен бұрын бақыланбайтын өздігінен тұтануын болдырмау үшін жеткілікті аз болғандықтан (бензин фракциясы булану температурасы әлдеқайда төмен және жану температурасы әлдеқайда жоғары көмірсутектерден тұрады). дизельдік фракциядағылардан өздігінен тұтану), қоспаның тұтануы ұшқын шамымен басталады және жану белгілі бір жылдамдық шегінде қозғалатын фронт түрінде жүреді. Өкінішке орай, жану камерасында көміртегі тотығы мен тұрақты көмірсутектердің түзілуіне әкелетін процестері аяқталмаған аймақтар пайда болады, ал жалын фронты қозғалған кезде оның шетіндегі қысым мен температура жоғарылайды, бұл зиянды азот оксидтерінің пайда болуына әкеледі ( азот пен ауадан оттегінің арасында), пероксидтер мен гидропероксидтер (оттегі мен отын арасында). Соңғысының сыни мәндерге жинақталуы детонацияның бақыланбайтын жануына әкеледі, сондықтан қазіргі бензиндерде салыстырмалы түрде тұрақты, жарылуы қиын химиялық «құрылысы» бар молекулалардың фракциялары қолданылады - бірқатар қосымша процестер жүзеге асырылады. мұндай тұрақтылыққа жету үшін мұнай өңдеу зауыттарында. оның ішінде отынның октандық санының артуы. Бензин қозғалтқыштары жұмыс істей алатын, негізінен бекітілген қоспа қатынасына байланысты, дроссельдік клапан оларда маңызды рөл атқарады, оның көмегімен қозғалтқыштың жүктемесі таза ауаның мөлшерін реттеу арқылы реттеледі. Дегенмен, ол, өз кезегінде, қозғалтқыштың өзіндік «тамақ тығыны» рөлін атқара отырып, ішінара жүктеме режимінде айтарлықтай шығындардың көзіне айналады.
Дизельді қозғалтқышты жасаушы Рудольф Дизельдің идеясы қысу коэффициентін, демек, машинаның термодинамикалық тиімділігін айтарлықтай арттыру болып табылады. Осылайша, отын камерасының ауданы азаяды, ал жану энергиясы цилиндр қабырғалары мен салқындату жүйесі арқылы таралмайды, бірақ бұл жағдайда әрқайсысына әлдеқайда жақын бөлшектердің арасында «жұмсалады». басқа. Егер бензин қозғалтқышы сияқты қозғалтқыштың осы түрінің жану камерасына алдын ала дайындалған ауа-отын қоспасы түссе, сығымдау процесінде белгілі бір сыни температураға жеткенде (сығу коэффициентіне және отын түріне байланысты). ), өздігінен тұтану процесі GMT-тен көп бұрын басталады. бақыланбайтын көлемді жану. Дәл осы себепті дизельдік отын соңғы сәтте, GMT-ке дейін, өте жоғары қысымда айдалады, бұл жақсы булану, диффузия, араластыру, өздігінен тұтану және максималды жылдамдықты шектеу қажеттілігі үшін уақыттың айтарлықтай жетіспеушілігін тудырады. бұл шектен сирек асып түседі. 4500 айн/мин Бұл тәсіл отын сапасына тиісті талаптарды қояды, бұл жағдайда дизельдік отынның бір бөлігі болып табылады – негізінен өздігінен тұтану температурасы айтарлықтай төмен түзу дистилляттар, өйткені неғұрлым тұрақсыз құрылым және ұзын молекулалар олардың жеңілдігінің алғышарты болып табылады. жарылуы және оттегімен реакциясы.
Дизель қозғалтқышының жану процестерінің ерекшелігі, бір жағынан, инжекторлық тесіктердің айналасында байытылған қоспасы бар аймақтар, мұнда отын тотығусыз температурадан ыдырап, көміртегі бөлшектері (күйе) көзіне айналады. онда отын мүлдем жоқ, және жоғары температура әсерінен ауаның азот пен оттегі химиялық әрекеттесуге түсіп, азот оксидтерін түзеді. Сондықтан дизельді қозғалтқыштар үнемі орташа қоспалармен жұмыс істеуге бейімделеді (яғни ауаның шамадан тыс артуымен) және жүктеме тек енгізілген отын мөлшерінің мөлшерімен бақыланады. Бұл дроссельді қолдануды болдырмайды, бұл олардың бензиндік әріптестерінен үлкен артықшылығы. Бензин қозғалтқышының кейбір кемшіліктерін өтеу үшін дизайнерлер қоспаны қалыптастыру процесі «заряд стратификациясы» деп аталатын қозғалтқыштарды жасады.
Ішінара жүктеме режимінде оңтайлы стехиометриялық қоспа отын бүріккішінің арнайы енгізілуіне, бағытталған ауа ағынына, поршеньдік фронттардың арнайы профиліне және тұтануды қамтамасыз ететін басқа да осыған ұқсас әдістерге байланысты тек қана свеча электродтарының айналасында жасалады. сенімділік Сонымен қатар, камералық көлемнің көп бөлігіндегі қоспасы майсыз күйде қалады, және бұл режимдегі жүктемені тек жеткізілген отын мөлшерімен басқаруға болатындықтан, дроссель клапаны толық ашық күйінде қалуы мүмкін. Бұл өз кезегінде шығындардың азаюына және қозғалтқыштың термодинамикалық тиімділігінің жоғарылауына әкеледі. Теорияда бәрі керемет көрінеді, бірақ әзірге Mitsubishi мен VW шығаратын қозғалтқыштың бұл түрінің табысы керемет болған жоқ. Жалпы, әзірге ешкім бұл технологиялық шешімдерді толық пайдалана алатындығымен мақтана алмайды.
Ал егер сіз «сиқырлы» қозғалтқыштардың екі түрінің артықшылықтарын біріктірсеңіз? Жоғары дизельді сығымдаудың, қоспаның жану камерасының барлық көлеміне біркелкі таралуының және бірдей көлемде біркелкі өздігінен тұтанудың тамаша үйлесімі қандай болар еді? Соңғы жылдары осы типтегі тәжірибелік қондырғылардың қарқынды зертханалық зерттеулері пайдаланылған газдардағы зиянды шығарындылардың айтарлықтай азайғанын көрсетті (мысалы, азот оксидтерінің мөлшері 99% -ға дейін төмендейді!) Бензин қозғалтқыштарымен салыстырғанда тиімділіктің жоғарылауымен . Болашақ шынымен де автомобиль компаниялары мен тәуелсіз конструкторлық компаниялар жақында HCCI - біртекті зарядты сығымдайтын тұтану қозғалтқыштары немесе біртекті зарядты өздігінен тұтану қозғалтқыштары деген атаумен біріктірілген қозғалтқыштарға тиесілі сияқты.
Көптеген «революциялық» болып көрінетін сияқты, мұндай машинаны жасау идеясы жаңа емес, ал сенімді өндірістік модель жасауға талпыныс сәтсіз аяқталады. Сонымен бірге, технологиялық процесті электронды басқарудың өсіп келе жатқан мүмкіндіктері және газ тарату жүйелерінің үлкен икемділігі жаңа қозғалтқыш түріне өте шынайы және оптимистік перспективалар жасайды.
Шындығында, бұл бензин мен дизельді қозғалтқыштардың жұмыс принциптерінің өзіндік буданы. Бензин қозғалтқыштарындағыдай жақсы біртектелген қоспа HCCI-нің жану камераларына түседі, бірақ ол сығымдалған жылу арқылы өздігінен жанады. Қозғалтқыштың жаңа түрі дроссельдік клапанды қажет етпейді, өйткені ол майсыз қоспаларда жұмыс істей алады. Алайда, бұл жағдайда «ұқыпты» анықтамасының мағынасы дизельдің анықтамасынан айтарлықтай ерекшеленетінін атап өткен жөн, өйткені HCCI-де толықтай майы жоқ және жоғары байытылған қоспасы жоқ, бірақ біркелкі майсыз қоспаның бір түрі. Жұмыс принципі қоспаның цилиндрдің бүкіл көлемінде біркелкі қозғалатын жалынның алдыңғы жағында және әлдеқайда төмен температурада бір мезгілде тұтануды қамтиды. Бұл автоматты түрде пайдаланылған газдардағы азот оксиді мен күйе мөлшерінің едәуір төмендеуіне әкеледі, және бірқатар беделді ақпарат көздеріне сәйкес 2010-2015 жылдар аралығында сериялық автомобиль өндірісіне әлдеқайда тиімді HCCI маркаларын жаппай енгізуге әкеледі. Адамзатты жарты миллион баррельге үнемдеуге мүмкіндік береді. күн сайын май.
Дегенмен, бұған қол жеткізбес бұрын, зерттеушілер мен инженерлер қазіргі кездегі ең үлкен тосқауылды - қазіргі отынның әртүрлі химиялық құрамы, қасиеттері мен мінез-құлқы бар құрамында фракцияларды пайдалана отырып, өздігінен тұтану процестерін басқарудың сенімді әдісінің жоқтығын жеңу керек. Қозғалтқыштың әртүрлі жүктемелеріндегі, айналымдардағы және температуралық жағдайлардағы процестердің сақталуынан бірқатар сұрақтар туындайды. Кейбір сарапшылардың пікірінше, бұл пайдаланылған газдардың нақты өлшенген мөлшерін цилиндрге қайтару, қоспаны алдын ала қыздыру немесе қысу коэффициентін динамикалық түрде өзгерту немесе қысу коэффициентін тікелей өзгерту (мысалы, SVC Saab прототипі) немесе газ таратудың ауыспалы жүйелерін пайдаланып клапанның жабылу уақытын өзгерту.
Толық жүктеме кезінде жаңа піскен қоспаның үлкен көлемінің өздігінен тұтануына байланысты қозғалтқыш конструкциясына шу және термодинамикалық әсер ету мәселесі қалай жойылатыны әлі белгісіз. Нақты мәселе - қозғалтқышты цилиндрлердегі төмен температурада іске қосу, өйткені мұндай жағдайларда өздігінен тұтануды бастау өте қиын. Қазіргі уақытта көптеген зерттеушілер нақты уақыт режимінде үздіксіз электронды бақылау және цилиндрлердегі жұмыс процестерін талдау үшін сенсорлары бар прототиптерді бақылау нәтижелерін пайдалану арқылы осы кедергілерді жою үшін жұмыс істеуде.
Осы бағытта жұмыс істейтін автомобиль компанияларының, соның ішінде Honda, Nissan, Toyota және GM сарапшыларының пікірінше, алдымен жұмыс режимдерін ауыстыра алатын аралас автомобильдер жасалуы мүмкін, ал оталдыру шамы жағдайларда көмекші ретінде пайдаланылады. мұнда HCCI қиындықтарды бастан кешіреді. Фольксваген қазірдің өзінде ол үшін арнайы әзірленген синтетикалық отынмен жұмыс істейтін CCS (Біріккен жану жүйесі) қозғалтқышында осыған ұқсас схеманы енгізді.
HCCI қозғалтқыштарындағы қоспаны тұтандыру отын, ауа және пайдаланылған газдар арасындағы арақатынастардың кең диапазонында жүзеге асырылуы мүмкін (өздігінен тұтану температурасына жету жеткілікті), ал қысқа жану уақыты қозғалтқыштың тиімділігін айтарлықтай арттыруға әкеледі. Агрегаттардың жаңа түрлерінің кейбір мәселелерін, мысалы, Toyota Hybrid Synergy Drive сияқты гибридті жүйелермен үйлесімде сәтті шешуге болады - бұл жағдайда ішкі жану қозғалтқышы жылдамдық пен жүктеме тұрғысынан оңтайлы белгілі бір режимде ғана пайдаланылуы мүмкін. жұмыста, осылайша қозғалтқыш күресетін немесе тиімсіз болатын режимдерді айналып өтеді.
GMT-ке жақын жерде қоспаның температурасын, қысымын, саны мен сапасын интегралды бақылау арқылы қол жеткізілген HCCI қозғалтқыштарындағы жану, шынымен де, оталдыру қондырғысы бар әлдеқайда қарапайым тұтану фонында үлкен проблема болып табылады. Екінші жағынан, HCCI өздігінен тұтанудың бір мезгілде көлемдік сипатына байланысты бензин және әсіресе дизель қозғалтқыштары үшін маңызды болатын турбулентті процестерді құрудың қажеті жоқ. Сонымен қатар, дәл осы себептен температураның кішкене ауытқуы да кинетикалық процестердің айтарлықтай өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Іс жүзінде қозғалтқыштың осы түрінің болашағы үшін ең маңызды фактор отын түрі болып табылады және дұрыс жобалық шешім оның жану камерасындағы мінез-құлқы туралы егжей-тегжейлі біліммен ғана табуға болады. Сондықтан қазіргі уақытта көптеген автомобиль компаниялары мұнай компанияларымен (мысалы, Toyota және ExxonMobil) жұмыс істейді және осы кезеңдегі тәжірибелердің көпшілігі құрамы мен мінез-құлқы алдын ала есептелген арнайы жасалған синтетикалық отынмен жүзеге асырылады. HCCI-де бензин мен дизель отынын пайдалану тиімділігі классикалық қозғалтқыштардың логикасына қайшы келеді. Бензиндердің жоғары өздігінен тұтану температурасына байланысты олардағы қысу коэффициенті 12:1-ден 21:1-ге дейін өзгеруі мүмкін, ал төмен температурада тұтанатын дизельдік отында ол салыстырмалы түрде аз болуы керек - тек 8 ретпен. :1.
Мәтін: Георгий Колев
Сурет: компания
