Proba de motores de gasolina e diƩsel en motores simples ou HCCI: parte 2
Mazda di que serƔn os primeiros en usalo na serie
Con gases limpos como a gasolina e a eficiencia do combustible diĆ©sel. Este artigo trata sobre o que ocorre cando se proxecta un motor ideal cunha mestura homoxĆ©nea e autoigniciĆ³n durante a compresiĆ³n. Os deseƱadores simplemente chĆ”mano HCCI.
AcumulaciĆ³n de coƱecementos
Os fundamentos deste tipo de procesos remĆ³ntanse aos anos setenta, cando o enxeƱeiro xaponĆ©s Onishi desenvolveu a sĆŗa tecnoloxĆa "CombustiĆ³n activa na termo-atmosfera". No estaleiro, 1979 Ć© o perĆodo da segunda crise do petrĆ³leo e das primeiras restriciĆ³ns legais graves de carĆ”cter ambiental, e o obxectivo do enxeƱeiro Ć© axustar a estes requisitos as motocicletas de dous tempos habituais daquela. SĆ”bese que no modo de carga lixeira e parcial, unha gran cantidade de gases de escape almacĆ©nase nos cilindros das unidades de dous tempos, e a idea do deseƱador xaponĆ©s Ć© converter as sĆŗas desvantaxes en vantaxes creando un proceso de combustiĆ³n no que se mesturan os gases residuais e a alta temperatura do combustible para un traballo Ćŗtil.
ŠŠæŠµŃŠ²ŃŠµ ŠøŠ½Š¶ŠµŠ½ŠµŃŠ°Š¼ ŠøŠ· ŠŗŠ¾Š¼Š°Š½Š“Ń Onishi ŃŠ“Š°Š»Š¾ŃŃ ŃŠµŠ°Š»ŠøŠ·Š¾Š²Š°ŃŃ ŠæŃŠ°ŠŗŃŠøŃŠµŃŠŗŠø ŃŠµŠ²Š¾Š»ŃŃŠøŠ¾Š½Š½ŃŃ ŃŠµŃ Š½Š¾Š»Š¾Š³ŠøŃ ŃŠ°Š¼Š° ŠæŠ¾ ŃŠµŠ±Šµ, Š·Š°ŠæŃŃŃŠøŠ² ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃ ŃŠ°Š¼Š¾Š²Š¾Š·Š³Š¾ŃŠ°Š½ŠøŃ, ŠŗŠ¾ŃŠ¾ŃŃŠ¹ Š“ŠµŠ¹ŃŃŠ²ŠøŃŠµŠ»ŃŠ½Š¾ ŃŃŠæŠµŃŠ½Š¾ ŃŠ½ŠøŠ·ŠøŠ» Š²ŃŠ±ŃŠ¾ŃŃ Š²ŃŃ Š»Š¾ŠæŠ½ŃŃ Š³Š°Š·Š¾Š². ŠŠ“Š½Š°ŠŗŠ¾ Š¾Š½Šø ŃŠ°ŠŗŠ¶Šµ Š¾Š±Š½Š°ŃŃŠ¶ŠøŠ»Šø Š·Š½Š°ŃŠøŃŠµŠ»ŃŠ½Š¾Šµ ŠæŠ¾Š²ŃŃŠµŠ½ŠøŠµ ŃŃŃŠµŠŗŃŠøŠ²Š½Š¾ŃŃŠø Š“Š²ŠøŠ³Š°ŃŠµŠ»Ń, Šø Š²ŃŠŗŠ¾ŃŠµ ŠæŠ¾ŃŠ»Šµ ŠæŃŠµŠ·ŠµŠ½ŃŠ°ŃŠøŠø ŃŠ°Š·ŃŠ°Š±Š¾ŃŠŗŠø Š°Š½Š°Š»Š¾Š³ŠøŃŠ½ŃŠµ ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŃ Š±ŃŠ»Šø ŠæŃŠ¾Š“ŠµŠ¼Š¾Š½ŃŃŃŠøŃŠ¾Š²Š°Š½Ń Toyota, Mitsubishi Šø Honda. ŠŠ¾Š½ŃŃŃŃŠŗŃŠ¾ŃŃ ŠæŠ¾ŃŠ°Š¶ŠµŠ½Ń ŃŃŠµŠ·Š²ŃŃŠ°Š¹Š½Š¾ ŠæŠ»Š°Š²Š½ŃŠ¼ Šø Š¾Š“Š½Š¾Š²ŃŠµŠ¼ŠµŠ½Š½Š¾ Š²ŃŃŠ¾ŠŗŠ¾ŃŠŗŠ¾ŃŠ¾ŃŃŠ½ŃŠ¼ ŃŠ³Š¾ŃŠ°Š½ŠøŠµŠ¼ Š² ŠæŃŠ¾ŃŠ¾ŃŠøŠæŠ°Ń , ŃŠ½ŠøŠ¶ŠµŠ½Š½ŃŠ¼ ŃŠ°ŃŃ Š¾Š“Š¾Š¼ ŃŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Š° Šø Š²ŃŠµŠ“Š½ŃŠ¼Šø Š²ŃŠ±ŃŠ¾ŃŠ°Š¼Šø. Š 1983 Š³Š¾Š“Ń ŠæŠ¾ŃŠ²ŠøŠ»ŠøŃŃ ŠæŠµŃŠ²ŃŠµ Š»Š°Š±Š¾ŃŠ°ŃŠ¾ŃŠ½ŃŠµ Š¾Š±ŃŠ°Š·ŃŃ ŃŠµŃŃŃŠµŃ ŃŠ°ŠŗŃŠ½ŃŃ Š“Š²ŠøŠ³Š°ŃŠµŠ»ŠµŠ¹ Ń ŃŠ°Š¼Š¾Š²Š¾ŃŠæŠ»Š°Š¼ŠµŠ½ŠµŠ½ŠøŠµŠ¼, Š² ŠŗŠ¾ŃŠ¾ŃŃŃ ŃŠæŃŠ°Š²Š»ŠµŠ½ŠøŠµ ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŠ°Š¼Šø Š² ŃŠ°Š·Š»ŠøŃŠ½ŃŃ ŃŠµŠ¶ŠøŠ¼Š°Ń ŃŠ°Š±Š¾ŃŃ Š²Š¾Š·Š¼Š¾Š¶Š½Š¾ Š±Š»Š°Š³Š¾Š“Š°ŃŃ ŃŠ¾Š¼Ń, ŃŃŠ¾ Ń ŠøŠ¼ŠøŃŠµŃŠŗŠøŠ¹ ŃŠ¾ŃŃŠ°Š² Šø ŃŠ¾Š¾ŃŠ½Š¾ŃŠµŠ½ŠøŠµ ŠŗŠ¾Š¼ŠæŠ¾Š½ŠµŠ½ŃŠ¾Š² Š² ŠøŃŠæŠ¾Š»ŃŠ·ŃŠµŠ¼Š¾Š¼ ŃŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Šµ Š°Š±ŃŠ¾Š»ŃŃŠ½Š¾ ŠøŠ·Š²ŠµŃŃŠ½Ń. ŠŠ“Š½Š°ŠŗŠ¾ Š°Š½Š°Š»ŠøŠ· ŃŃŠøŃ ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŠ¾Š² Š½ŠµŃŠŗŠ¾Š»ŃŠŗŠ¾ ŠæŃŠøŠ¼ŠøŃŠøŠ²ŠµŠ½, ŃŠ°Šŗ ŠŗŠ°Šŗ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š°Š½ Š½Š° ŠæŃŠµŠ“ŠæŠ¾Š»Š¾Š¶ŠµŠ½ŠøŠø, ŃŃŠ¾ Š² ŃŃŠ¾Š¼ ŃŠøŠæŠµ Š“Š²ŠøŠ³Š°ŃŠµŠ»Ń Š¾Š½Šø Š²ŃŠæŠ¾Š»Š½ŃŃŃŃŃ ŠøŠ·-Š·Š° ŠŗŠøŠ½ŠµŃŠøŠŗŠø Ń ŠøŠ¼ŠøŃŠµŃŠŗŠøŃ ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŠ¾Š², Š° ŃŠ°ŠŗŠøŠµ ŃŠøŠ·ŠøŃŠµŃŠŗŠøŠµ ŃŠ²Š»ŠµŠ½ŠøŃ, ŠŗŠ°Šŗ ŠæŠµŃŠµŠ¼ŠµŃŠøŠ²Š°Š½ŠøŠµ Šø ŃŃŃŠ±ŃŠ»ŠµŠ½ŃŠ½Š¾ŃŃŃ, Š½ŠµŠ·Š½Š°ŃŠøŃŠµŠ»ŃŠ½Ń. ŠŠ¼ŠµŠ½Š½Š¾ Š² 80-Ń Š³Š¾Š“Š°Ń Š±ŃŠ»Šø Š·Š°Š»Š¾Š¶ŠµŠ½Ń Š¾ŃŠ½Š¾Š²Ń ŠæŠµŃŠ²ŃŃ Š°Š½Š°Š»ŠøŃŠøŃŠµŃŠŗŠøŃ Š¼Š¾Š“ŠµŠ»ŠµŠ¹ ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŠ¾Š², Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š°Š½Š½ŃŃ Š½Š° Š“Š°Š²Š»ŠµŠ½ŠøŠø, ŃŠµŠ¼ŠæŠµŃŠ°ŃŃŃŠµ Šø ŠŗŠ¾Š½ŃŠµŠ½ŃŃŠ°ŃŠøŠø ŠŗŠ¾Š¼ŠæŠ¾Š½ŠµŠ½ŃŠ¾Š² ŃŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Š° Šø Š²Š¾Š·Š“ŃŃ Š° Š² Š¾Š±ŃŠµŠ¼Šµ ŠŗŠ°Š¼ŠµŃŃ. ŠŠ¾Š½ŃŃŃŃŠŗŃŠ¾ŃŃ ŠæŃŠøŃŠ»Šø Šŗ Š²ŃŠ²Š¾Š“Ń, ŃŃŠ¾ ŃŠ°Š±Š¾ŃŃ ŃŃŠ¾Š³Š¾ ŃŠøŠæŠ° Š“Š²ŠøŠ³Š°ŃŠµŠ»Ń Š¼Š¾Š¶Š½Š¾ ŃŠ°Š·Š“ŠµŠ»ŠøŃŃ Š½Š° Š“Š²Šµ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š½ŃŠµ ŃŠ°ŃŃŠø ā Š·Š°Š¶ŠøŠ³Š°Š½ŠøŠµ Šø Š¾Š±ŃŠµŠ¼Š½Š¾Šµ Š²ŃŠ“ŠµŠ»ŠµŠ½ŠøŠµ ŃŠ½ŠµŃŠ³ŠøŠø. ŠŠ½Š°Š»ŠøŠ· ŃŠµŠ·ŃŠ»ŃŃŠ°ŃŠ¾Š² ŠøŃŃŠ»ŠµŠ“Š¾Š²Š°Š½ŠøŠ¹ ŠæŠ¾ŠŗŠ°Š·ŃŠ²Š°ŠµŃ, ŃŃŠ¾ ŃŠ°Š¼Š¾Š²Š¾ŃŠæŠ»Š°Š¼ŠµŠ½ŠµŠ½ŠøŠµ ŠøŠ½ŠøŃŠøŠøŃŃŠµŃŃŃ ŃŠµŠ¼Šø Š¶Šµ Š½ŠøŠ·ŠŗŠ¾ŃŠµŠ¼ŠæŠµŃŠ°ŃŃŃŠ½ŃŠ¼Šø ŠæŃŠµŠ“Š²Š°ŃŠøŃŠµŠ»ŃŠ½ŃŠ¼Šø Ń ŠøŠ¼ŠøŃŠµŃŠŗŠøŠ¼Šø ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŠ°Š¼Šø (ŠæŃŠ¾ŃŠµŠŗŠ°ŃŃŠøŠ¼Šø Š½ŠøŠ¶Šµ 700 Š³ŃŠ°Š“ŃŃŠ¾Š² Ń Š¾Š±ŃŠ°Š·Š¾Š²Š°Š½ŠøŠµŠ¼ ŠæŠµŃŠ¾ŠŗŃŠøŠ“Š¾Š²), ŠŗŠ¾ŃŠ¾ŃŃŠµ Š¾ŃŠ²ŠµŃŃŃŠ²ŠµŠ½Š½Ń Š·Š° Š²ŃŠµŠ“Š½Š¾Šµ Š“ŠµŃŠ¾Š½Š°ŃŠøŠ¾Š½Š½Š¾Šµ Š³Š¾ŃŠµŠ½ŠøŠµ Š² Š±ŠµŠ½Š·ŠøŠ½Š¾Š²ŃŃ Š“Š²ŠøŠ³Š°ŃŠµŠ»ŃŃ , Š° ŠæŃŠ¾ŃŠµŃŃŃ Š²ŃŠ“ŠµŠ»ŠµŠ½ŠøŃ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š½Š¾Š¹ ŃŠ½ŠµŃŠ³ŠøŠø Š²ŃŃŠ¾ŠŗŠ¾ŃŠµŠ¼ŠæŠµŃŠ°ŃŃŃŠ½ŃŠµ. Šø Š²ŃŠæŠ¾Š»Š½ŃŃŃŃŃ Š²ŃŃŠµ ŃŃŠ¾Š³Š¾ ŃŃŠ»Š¾Š²Š½Š¾Š³Š¾ ŃŠµŠ¼ŠæŠµŃŠ°ŃŃŃŠ½Š¾Š³Š¾ ŠæŃŠµŠ“ŠµŠ»Š°.
EstĆ” claro que o traballo debe centrarse no estudo e estudo dos resultados dos cambios na estrutura quĆmica e na composiciĆ³n da carga baixo a influencia da temperatura e da presiĆ³n. Debido Ć” incapacidade de controlar o arranque en frĆo e traballar a carga mĆ”xima nestes modos, os enxeƱeiros recorren ao uso dunha bujĆa. A proba prĆ”ctica tamĆ©n confirma a teorĆa de que a eficiencia Ć© menor cando se opera con gasĆ³leo, xa que a relaciĆ³n de compresiĆ³n debe ser relativamente baixa e, a maior compresiĆ³n, o proceso de autoigniciĆ³n ocorre demasiado cedo. carrera de compresiĆ³n. Ao mesmo tempo, resulta que ao utilizar o gasĆ³leo hai problemas coa evaporaciĆ³n das fracciĆ³ns inflamables do gasĆ³leo e que as sĆŗas reacciĆ³ns quĆmicas antes da chama son moito mĆ”is pronunciadas que as gasolinas de alto octanaje. E un punto mĆ”is moi importante: resulta que os motores HCCI funcionan sen problemas con ata o 50% dos gases residuais nas correspondentes mesturas pobres nos cilindros. De todo isto desprĆ©ndese que as gasolinas son moito mĆ”is axeitadas para traballar neste tipo de unidades e os desenvolvementos van encamiƱados a esta direcciĆ³n.
Os primeiros motores prĆ³ximos Ć” industria automobilĆstica real, nos que estes procesos se implementaron con Ć©xito na prĆ”ctica, modificĆ”ronse os motores VW de 1,6 litros en 1992. Coa sĆŗa axuda, os deseƱadores de Wolfsburg foron capaces de aumentar a eficiencia nun 34% en carga parcial. Un pouco mĆ”is tarde, en 1996, unha comparaciĆ³n directa do motor HCCI cun motor diĆ©sel de gasolina e inxecciĆ³n directa mostrou que os motores HCCI mostraban o menor consumo de combustible e as emisiĆ³ns de NOx sen necesidade de custosos sistemas de inxecciĆ³n. en combustible.
Que pasa hoxe
Hoxe, a pesar das directivas de reduciĆ³n de tamaƱo, GM segue desenvolvendo motores HCCI e a compaƱĆa cre que este tipo de vehĆculos axudarĆ” a mellorar o motor de gasolina. A mesma opiniĆ³n son os enxeƱeiros de Mazda, pero deles falaremos no prĆ³ximo nĆŗmero. Sandia National Laboratories, traballando en estreita colaboraciĆ³n con GM, estĆ”n a mellorar actualmente un novo fluxo de traballo que Ć© unha variante do HCCI. Os desenvolvedores chĆ”manlle LTGC para "CombustiĆ³n de gasolina a baixa temperatura". Dado que nos deseƱos anteriores, os modos HCCI limĆtanse a un rango operativo bastante estreito e non teƱen moita vantaxe sobre as mĆ”quinas modernas para a reduciĆ³n de tamaƱo, os cientĆficos decidiron estratificar a mestura de todos os xeitos. Noutras palabras, para crear zonas mĆ”is pobres e ricas controladas con precisiĆ³n, pero en contraste con mĆ”is gasĆ³leo. Os acontecementos de principios de sĆ©culo demostraron que as temperaturas de funcionamento adoitan ser insuficientes para completar as reacciĆ³ns de oxidaciĆ³n dos hidrocarburos e do CO-CO2. Cando a mestura se enriquece e esgota, o problema elimĆnase, xa que a sĆŗa temperatura aumenta durante o proceso de combustiĆ³n. Non obstante, segue sendo o suficientemente baixo como para non iniciar a formaciĆ³n de Ć³xidos de nitrĆ³xeno. A principios de sĆ©culo, os deseƱadores aĆnda crĆan que o HCCI era unha alternativa de baixa temperatura a un motor diĆ©sel que non xeraba Ć³xidos de nitrĆ³xeno. Non obstante, tampouco se crean no novo proceso de LGTC. TamĆ©n se utiliza para este fin a gasolina, como nos prototipos orixinais de GM, xa que ten unha temperatura de evaporaciĆ³n mĆ”is baixa (e mellor mestura co aire) pero unha temperatura de autoigniciĆ³n mĆ”is alta. Segundo os deseƱadores do laboratorio, a combinaciĆ³n de LTGC e igniciĆ³n por chispa en modos mĆ”is desfavorables e difĆciles de controlar, como a carga completa, darĆ” lugar a mĆ”quinas moito mĆ”is eficientes que as unidades de reduciĆ³n existentes. Delphi Automotive estĆ” a desenvolver un proceso de igniciĆ³n por compresiĆ³n similar. ChĆ”manlles aos seus deseƱos GDCI, de "Compression Ignition Direct Petrol Injection" (InxecciĆ³n directa de gasolina e igniciĆ³n por compresiĆ³n), que tamĆ©n proporciona un traballo magro e rico para controlar o proceso de combustiĆ³n. En Delphi, isto faise mediante inxectores cunha dinĆ”mica de inxecciĆ³n complexa, de xeito que, a pesar do esgotamento e do enriquecemento, a mestura no seu conxunto permanece o suficientemente magra como para non formar hollĆn, e a temperatura suficientemente baixa para non formar NOx. Os deseƱadores controlan diferentes partes da mestura para que queimen en diferentes momentos. Este proceso complexo asemĆ©llase ao gasĆ³leo, as emisiĆ³ns de CO2 son baixas e a formaciĆ³n de Ć³xidos de nitrĆ³xeno Ć© insignificante. Delphi proporcionou polo menos 4 anos mĆ”is de financiamento do goberno dos Estados Unidos, e o interese de fabricantes como Hyundai no seu desenvolvemento significa que non se deterĆ”n.
Lembremos Disotto
O desenvolvemento dos deseƱadores dos Daimler Engine Research Labs en UntertĆ¼rkheim chĆ”mase Diesotto e en modo de arranque e carga mĆ”xima funciona como un clĆ”sico motor de gasolina, aproveitando todas as vantaxes da inxecciĆ³n directa e da turbocompresiĆ³n en cascada. Non obstante, a velocidades e cargas baixas ou medias nun ciclo, a electrĆ³nica desactivarĆ” o sistema de igniciĆ³n e pasarĆ” ao modo de control do modo de autoencendido. Neste caso, as fases das vĆ”lvulas de escape cambian radicalmente o seu carĆ”cter. Ćbrense nun tempo moito menor do habitual e cunha carreira moi reducida, polo que sĆ³ a metade dos gases de escape ten tempo para saĆr da cĆ”mara de combustiĆ³n, e o resto gĆ”rdase deliberadamente nos cilindros, xunto coa maior parte da calor que contĆ©n. . Para conseguir unha temperatura aĆnda maior nas cĆ”maras, as boquillas inxectan unha pequena porciĆ³n de combustible que non se acende, senĆ³n que reacciona cos gases quentes. Durante a seguinte carreira de admisiĆ³n, inxĆ©ctase unha nova porciĆ³n de combustible en cada cilindro exactamente na cantidade correcta. A vĆ”lvula de admisiĆ³n Ć”brese brevemente cunha carreira curta e permite que entre no cilindro unha cantidade dosificada de aire fresco e mestĆŗrase cos gases dispoƱibles para producir unha mestura de combustible pobre cunha elevada proporciĆ³n de gases de escape. A continuaciĆ³n segue unha carreira de compresiĆ³n na que a temperatura da mestura segue subindo ata o momento da autoigniciĆ³n. A sincronizaciĆ³n precisa do proceso consĆ©guese controlando con precisiĆ³n a cantidade de combustible, aire fresco e gases de escape, informaciĆ³n constante dos sensores que miden a presiĆ³n no cilindro e un sistema que pode cambiar instantaneamente a relaciĆ³n de compresiĆ³n mediante un mecanismo excĆ©ntrico. cambiando a posiciĆ³n do cigĆ¼eƱal. Por certo, o funcionamento do sistema en cuestiĆ³n non se limita ao modo HCCI.
Xestionar todas estas operaciĆ³ns complexas require unha electrĆ³nica de control que non se basea no conxunto habitual de algoritmos predefinidos que se atopan nos motores de combustiĆ³n interna convencionais, pero que permiten cambios de rendemento en tempo real baseados nos datos do sensor. A tarefa Ć© difĆcil, pero o resultado paga a pena: 238 hp. O Diesotto de 1,8 litros garantiu o concepto F700 cunhas emisiĆ³ns de CO2 da Clase S de 127 g/km e o cumprimento das estritas directivas Euro 6.
Texto: Georgy Kolev
Inicio " Artigos " Espazos en branco Ā» Motores de gasolina e diĆ©sel en motores individuais ou HCCI: parte 2