Dizel va benzinni sinovdan o'tkazish: turlari

Dizel va benzinli dvigatellar o'rtasidagi keskin qarama-qarshilik avjiga chiqadi. Eng so'nggi turbo texnologiyasi, elektron boshqariladigan umumiy temir yo'l to'g'ridan-to'g'ri quyish tizimlari, yuqori siqish koeffitsientlari - raqobat ikki turdagi dvigatellarni yaqinlashtiradi ... Va to'satdan, qadimiy duel o'rtasida to'satdan sahnada yangi o'yinchi paydo bo'ldi. quyosh ostidagi joy.

Ko'p yillik e'tiborsizlikdan so'ng dizaynerlar dizel dvigatelining ulkan imkoniyatlarini qayta kashf etdilar va yangi texnologiyalarni jadal joriy etish orqali uning rivojlanishini tezlashtirdilar. Bu uning dinamik ishlashi benzinli raqobatchining xususiyatlariga yaqinlashdi va Volkswagen Race Touareg va Audi R10 TDI kabi o'ylanmagan avtomobillarni yaratishga imkon berdi. Oxirgi o'n besh yil voqealari xronologiyasi hammaga ma'lum ... 1936larning dizel dvigatellari Mercedes-Benz tomonidan 13 yilda yaratilgan ota-bobolaridan tubdan farq qilmagan. Oxirgi yillarda kuchli texnologik portlashga aylangan sekin evolyutsiya jarayoni kuzatildi. 1-yillarning oxirida Mercedes birinchi avtomobil turbodizelini qayta yaratdi, XNUMX-yillarning oxirida Audi modelida to'g'ridan-to'g'ri in'ektsiya debyuti bo'lib o'tdi, keyinchalik dizellar to'rt valfli boshlarni oldi va XNUMX-yillarning oxirida elektron boshqariladigan Common Rail qarshi tizimlari haqiqatga aylandi. ... Ayni paytda, yuqori bosimli to'g'ridan -to'g'ri yonilg'i quyish benzinli dvigatellarga kiritildi, bu erda siqilish nisbati bugungi kunda ba'zi hollarda XNUMX: XNUMX ga etadi. So'nggi paytlarda turbo texnologiyasi ham qayta tiklanish davrini boshdan kechirmoqda, benzinli dvigatellarning aylanish momentlari mashhur egiluvchan turbo dizelning moment qiymatlariga sezilarli yaqinlasha boshladi. Biroq, modernizatsiya bilan bir qatorda, benzinli dvigatel narxining jiddiy ko'tarilish tendentsiyasi saqlanib qolmoqda ... Shunday qilib, dunyoning turli burchaklarida benzin va dizel dvigatellari haqidagi fikrlarning xurofoti va qutblanishiga qaramay, ikki raqib aniq ustunlikka ega bo'ladi.

Ikkala turdagi birliklarning fazilatlari bir-biriga to'g'ri kelishiga qaramay, ikkita issiqlik dvigatelining tabiati, xarakteri va xatti-harakatlarida hali ham katta farqlar mavjud.

Benzinli dvigatelda havo va bug'langan yoqilg'ining aralashmasi ancha uzoq vaqt davomida hosil bo'ladi va yonish jarayoni boshlanishidan ancha oldin boshlanadi. Karbüratör yoki zamonaviy elektron to'g'ridan-to'g'ri in'ektsiya tizimlaridan foydalanishdan qat'i nazar, aralashtirish maqsadi aniq belgilangan havo-yonilg'i nisbati bilan bir xil, bir hil yoqilg'i aralashmasini ishlab chiqarishdir. Bu qiymat odatda "stoxiometrik aralashma" deb ataladigan narsaga yaqin bo'lib, unda (nazariy jihatdan) yoqilg'idagi har bir vodorod va uglerod atomlari bilan barqaror tuzilishda bog'lanish uchun etarli kislorod atomlari mavjud bo'lib, faqat H20 va CO2 hosil qiladi. Siqilish darajasi yuqori siqilish harorati tufayli yoqilg'i tarkibidagi ba'zi moddalarning muddatidan oldin nazoratsiz avtomatik yonishini oldini olish uchun etarlicha kichik bo'lgani uchun (benzin fraktsiyasi bug'lanish harorati ancha past va yonish harorati ancha yuqori bo'lgan uglevodorodlardan iborat). dizel fraktsiyasidagilardan o'z-o'zidan yonish), aralashmaning yonishi sham bilan boshlanadi va yonish ma'lum bir tezlik chegarasida harakatlanadigan old qism shaklida sodir bo'ladi. Afsuski, yonish kamerasida uglerod oksidi va barqaror uglevodorodlar hosil bo'lishiga olib keladigan tugallanmagan jarayonlarga ega zonalar hosil bo'ladi va olov old qismi harakat qilganda uning atrofidagi bosim va harorat oshadi, bu esa zararli azot oksidi hosil bo'lishiga olib keladi ( azot va havodan kislorod o'rtasida), peroksidlar va gidroperoksidlar (kislorod va yoqilg'i o'rtasida). Ikkinchisining kritik qiymatlarga to'planishi nazoratsiz portlash yonishiga olib keladi, shuning uchun zamonaviy benzinlarda nisbatan barqaror, portlash qiyin bo'lgan kimyoviy "konstruktsiyaga" ega bo'lgan molekulalarning fraktsiyalari qo'llaniladi - bir qator qo'shimcha jarayonlar amalga oshiriladi. bunday barqarorlikka erishish uchun neftni qayta ishlash zavodlarida. shu jumladan yoqilg'ining oktan sonining oshishi. Benzinli dvigatellar ishlashi mumkin bo'lgan ko'p miqdorda qat'iy aralashma nisbati tufayli, gaz kelebeği klapan ularda muhim rol o'ynaydi, uning yordamida dvigatel yuki toza havo miqdorini sozlash orqali tartibga solinadi. Biroq, u, o'z navbatida, qisman yuk rejimida muhim yo'qotishlar manbai bo'lib, dvigatelning o'ziga xos "bo'g'iz vilkasi" rolini o'ynaydi.

Dizel dvigatelining yaratuvchisi Rudolf Dizelning g'oyasi siqishni nisbatini va shuning uchun mashinaning termodinamik samaradorligini sezilarli darajada oshirishdir. Shunday qilib, yonilg'i kamerasining maydoni kamayadi va yonish energiyasi silindr devorlari va sovutish tizimi orqali tarqalmaydi, balki zarrachalarning o'zlari o'rtasida "sarflanadi", bu holda ular har biriga ancha yaqinroq bo'ladi. boshqa. Agar benzinli dvigatelda bo'lgani kabi, ushbu turdagi dvigatelning yonish kamerasiga oldindan tayyorlangan havo-yonilg'i aralashmasi kirsa, siqish jarayonida ma'lum bir kritik haroratga erishilganda (siqish nisbati va yoqilg'i turiga qarab) ), o'z-o'zidan yonish jarayoni GMT dan ancha oldin boshlanadi. nazoratsiz hajmli yonish. Aynan shuning uchun dizel yoqilg'isi so'nggi daqiqada, GMT dan biroz oldin, juda yuqori bosimda AOK qilinadi, bu yaxshi bug'lanish, diffuziya, aralashtirish, o'z-o'zidan yonish uchun vaqt etishmasligi va yuqori tezlikni cheklash zaruriyatini keltirib chiqaradi. bu kamdan-kam hollarda chegaradan oshadi. 4500 rpm dan Ushbu yondashuv yoqilg'ining sifatiga tegishli talablarni qo'yadi, bu holda dizel yoqilg'isining bir qismi - asosan o'z-o'zidan yonish harorati sezilarli darajada past bo'lgan tekis distillatlar, chunki yanada beqaror tuzilish va uzun molekulalar ularni osonlashtirish uchun zaruriy shartdir. yorilish va kislorod bilan reaktsiya.

Dizel dvigatelning yonish jarayonlarining o'ziga xos xususiyati, bir tomondan, in'ektsiya teshiklari atrofida boyitilgan aralashma bilan zonalar bo'lib, ularda yoqilg'i haroratdan oksidlanishsiz parchalanib (yorilib), uglerod zarralari (soot) manbasiga aylanadi. unda umuman yoqilg'i yo'q va yuqori haroratli azot va havoning kislorodi ta'sirida kimyoviy o'zaro ta'sirga kirib, azot oksidlarini hosil qiladi. Shuning uchun, dizel dvigatellari har doim o'rtacha ozg'in aralashmalar bilan ishlashga sozlangan (ya'ni, havoning haddan tashqari ko'pligi bilan) va yuk faqat AOK qilingan yoqilg'i miqdorini dozalash orqali boshqariladi. Bu gazni ishlatishdan qochadi, bu ularning benzinli analoglari oldida juda katta afzallik. Benzinli dvigatelning ba'zi kamchiliklarini qoplash uchun dizaynerlar dvigatellarni yaratdilar, unda aralashma hosil bo'lish jarayoni "zaryad tabaqalanishi" deb ataladi.

Qisman yuklanish rejimida optimal stexiometrik aralashma faqat yondirgich yoqilg'i quyish moslamasining maxsus in'ektsiyasi, yo'naltirilgan havo oqimi, maxsus pistonli old profil va boshqa shunga o'xshash usullar yordamida ateşleme ishonchliligini ta'minlaydigan sham elektrodlari atrofidagi maydonda hosil bo'ladi. Shu bilan birga, kameraning ko'p qismidagi aralashma mayda bo'lib qoladi va bu rejimdagi yuk faqat etkazib beriladigan yoqilg'i miqdori bilan boshqarilishi mumkin, shuning uchun gaz kelebeği to'liq ochiq qolishi mumkin. Bu, o'z navbatida, yo'qotishlarning kamayishiga va dvigatelning termodinamik samaradorligining oshishiga olib keladi. Nazariy jihatdan hamma narsa juda yaxshi ko'rinadi, lekin hozirgacha Mitsubishi va VW tomonidan ishlab chiqarilgan bunday dvigatelning muvaffaqiyati hech qachon ajoyib emas edi. Umuman olganda, hozircha hech kim bu texnologik echimlardan to'liq foydalangani bilan maqtana olmaydi.

Va agar siz ikki turdagi dvigatellarning afzalliklarini "sehrli" birlashtirsangiz? Dizelning yuqori siqilishi, aralashmaning yonish kamerasi hajmi bo'ylab bir hil taqsimlanishi va bir xil hajmdagi bir xil o'z-o'zidan yonishning ideal kombinatsiyasi qanday bo'ladi? So'nggi yillarda ushbu turdagi eksperimental bloklarning intensiv laboratoriya tadqiqotlari benzinli dvigatellarga nisbatan samaradorlikning oshishi bilan chiqindi gazlardagi zararli chiqindilarning sezilarli darajada kamayganligini ko'rsatdi (masalan, azot oksidi miqdori 99% gacha kamayadi!) . Ko'rinishidan, kelajak haqiqatan ham avtomobil kompaniyalari va mustaqil dizayn kompaniyalari yaqinda HCCI soyaboni ostida birlashtirgan dvigatellarga tegishli - bir hil zaryadlangan siqish dvigatellari yoki bir hil zaryadlangan o'z-o'zidan yonish dvigatellari.

Ko'rinadigan boshqa "inqilobiy" ishlanmalar singari, bunday mashinani yaratish g'oyasi ham yangi emas va ishonchli ishlab chiqarish modelini yaratish urinishlari hali ham muvaffaqiyatsiz. Shu bilan birga, texnologik jarayonni elektron boshqarish imkoniyatlarining o'sib borishi va gaz taqsimlash tizimlarining katta moslashuvchanligi yangi turdagi dvigatel uchun juda real va optimistik istiqbolni yaratmoqda.

Aslida, bu holda bu benzin va dizel dvigatellarining ishlash tamoyillarining o'ziga xos gibrididir. Yaxshi bir hil bo'lgan aralash, xuddi benzinli dvigatellarda bo'lgani kabi, HCCI ning yonish kameralariga kiradi, ammo u siqilish natijasida issiqlik ta'sirida o'zini yoqadi. Dvigatelning yangi turi, shuningdek, gaz kelebeği valfini talab qilmaydi, chunki u ozg'in aralashmalarda ishlashi mumkin. Shunga qaramay, shuni ta'kidlash kerakki, bu holda "oriq" ta'rifining mazmuni dizel ta'rifidan sezilarli darajada farq qiladi, chunki HCCI to'liq oriq va juda boyitilgan aralashmasiga ega emas, balki o'ziga xos bir xil yog'siz aralashma hisoblanadi. Amaliyot printsipi silindrning butun hajmida bir tekis harakatlanadigan olov oldisiz va ancha past haroratda aralashmaning bir vaqtning o'zida yonishini o'z ichiga oladi. Bu avtomatik ravishda chiqindi gazlar tarkibidagi azot oksidi va soot miqdorining sezilarli darajada pasayishiga olib keladi va bir qator nufuzli manbalarga ko'ra 2010-2015 yillarda seriyali avtomobilsozlik ishlab chiqarishga ancha samarali HCCIlarni massiv ravishda kiritilishi. Yarim million barrel atrofida insoniyatni qutqaradi. har kuni yog '.

Biroq, bunga erishishdan oldin, tadqiqotchilar va muhandislar hozirgi vaqtda eng katta to'siqni engib o'tishlari kerak - zamonaviy yoqilg'ining turli xil kimyoviy tarkibi, xususiyatlari va xatti-harakatlariga ega bo'lgan fraksiyalardan foydalangan holda avtomatik yonish jarayonlarini boshqarishning ishonchli usuli yo'qligi. Dvigatelning turli xil yuklari, inqiloblari va harorat sharoitlari ostida jarayonlarni ushlab turish bir qator savollarni keltirib chiqaradi. Ba'zi ekspertlarning fikriga ko'ra, bu chiqindi gazlarning aniq o'lchangan miqdorini silindrga qaytarish, aralashmani oldindan qizdirish yoki siqilish nisbatini dinamik ravishda o'zgartirish yoki siqishni nisbatini to'g'ridan-to'g'ri o'zgartirish (masalan, Saab prototipi SVC) yoki o'zgartirish orqali amalga oshirilishi mumkin. o'zgaruvchan tizimlardan foydalangan holda valfni yopish vaqti gaz taqsimlash.

To'liq yukda katta miqdordagi yangi aralashmaning o'z-o'zidan yonishi tufayli dvigatel dizaynidagi shovqin va termodinamik ta'sir muammosi qanday bartaraf etilishi hali aniq emas. Haqiqiy muammo dvigatelni silindrlarda past haroratda ishga tushirishdir, chunki bunday sharoitda o'z-o'zidan yonishni boshlash juda qiyin. Hozirgi vaqtda ko'plab tadqiqotchilar doimiy elektron nazorat qilish va silindrlardagi ish jarayonlarini real vaqt rejimida tahlil qilish uchun sensorlar bilan prototiplarni kuzatish natijalaridan foydalangan holda ushbu to'siqlarni bartaraf etish ustida ishlamoqda.

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.

HCCI dvigatellarida aralashmani yoqish yoqilg'i, havo va chiqindi gazlar o'rtasidagi nisbatlarning keng diapazonida amalga oshirilishi mumkin (o'z-o'zidan yonish haroratiga erishish kifoya) va qisqa yonish vaqti dvigatel samaradorligini sezilarli darajada oshirishga olib keladi. Yangi turdagi birliklarning ba'zi muammolarini gibrid tizimlar bilan birgalikda muvaffaqiyatli hal qilish mumkin, masalan, Toyota kompaniyasining Hybrid Synergy Drive - bu holda ichki yonish dvigateli faqat tezlik va yuk jihatidan optimal bo'lgan ma'lum bir rejimda ishlatilishi mumkin. ishda, shuning uchun vosita kurashadigan yoki samarasiz bo'ladigan rejimlarni chetlab o'tadi.

HCCI dvigatellarida yonish, GMT ga yaqin bo'lgan joyda aralashmaning birlashgan harorati, bosimi, miqdori va sifatini boshqarish orqali amalga oshiriladi, bu shunchaki uchqun bilan oddiyroq yonish fonida katta muammo hisoblanadi. Boshqa tomondan, HCCI benzin va ayniqsa dizel dvigatellari uchun muhim bo'lgan turbulent jarayonlarni yaratishga hojat yo'q, chunki bu o'z-o'zidan yonishning bir vaqtning o'zida volumetrik xususiyatiga ega. Shu bilan birga, aynan shu sababli haroratning kichik og'ishlari ham kinetik jarayonlarda sezilarli o'zgarishlarga olib kelishi mumkin.

Amalda, ushbu turdagi dvigatelning kelajagi uchun eng muhim omil yonilg'i turi bo'lib, to'g'ri dizayn echimini faqat yonish kamerasidagi xatti-harakatlari haqida batafsil ma'lumot bilan topish mumkin. Shu sababli, hozirgi vaqtda ko'plab avtomobil kompaniyalari neft kompaniyalari (Toyota va ExxonMobil kabi) bilan ishlamoqda va bu bosqichdagi eksperimentlarning aksariyati tarkibi va xatti-harakatlari oldindan hisoblab chiqilgan maxsus ishlab chiqilgan sintetik yoqilg'ilar bilan amalga oshiriladi. HCCIda benzin va dizel yoqilg'isidan foydalanish samaradorligi klassik dvigatellarning mantig'iga ziddir. Benzinlarning yuqori o'z-o'zidan yonish harorati tufayli ulardagi siqilish nisbati 12: 1 dan 21: 1 gacha o'zgarishi mumkin va past haroratlarda yonadigan dizel yoqilg'isida u nisbatan kichik bo'lishi kerak - atigi 8 ga teng. :1.

Matn: Georgi Kolev

Surat: kompaniya