Proba de motores de gasolina e diƩsel en motores simples ou HCCI: parte 2
Unidade de proba

Proba de motores de gasolina e diƩsel en motores simples ou HCCI: parte 2

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.

Š’ŠæŠµŃ€Š²Ń‹Šµ ŠøŠ½Š¶ŠµŠ½ŠµŃ€Š°Š¼ ŠøŠ· ŠŗŠ¾Š¼Š°Š½Š“ы Onishi уŠ“Š°Š»Š¾ŃŃŒ рŠµŠ°Š»ŠøŠ·Š¾Š²Š°Ń‚ŃŒ ŠæрŠ°ŠŗтŠøчŠµŃŠŗŠø рŠµŠ²Š¾Š»ŃŽŃ†ŠøŠ¾Š½Š½ŃƒŃŽ тŠµŃ…Š½Š¾Š»Š¾Š³Šøю сŠ°Š¼Š° ŠæŠ¾ сŠµŠ±Šµ, Š·Š°ŠæустŠøŠ² ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃ сŠ°Š¼Š¾Š²Š¾Š·Š³Š¾Ń€Š°Š½Šøя, ŠŗŠ¾Ń‚Š¾Ń€Ń‹Š¹ Š“ŠµŠ¹ŃŃ‚Š²ŠøтŠµŠ»ŃŒŠ½Š¾ усŠæŠµŃˆŠ½Š¾ сŠ½ŠøŠ·ŠøŠ» Š²Ń‹Š±Ń€Š¾ŃŃ‹ Š²Ń‹Ń…Š»Š¾ŠæŠ½Ń‹Ń… Š³Š°Š·Š¾Š². ŠžŠ“Š½Š°ŠŗŠ¾ Š¾Š½Šø тŠ°ŠŗŠ¶Šµ Š¾Š±Š½Š°Ń€ŃƒŠ¶ŠøŠ»Šø Š·Š½Š°Ń‡ŠøтŠµŠ»ŃŒŠ½Š¾Šµ ŠæŠ¾Š²Ń‹ŃˆŠµŠ½ŠøŠµ эффŠµŠŗтŠøŠ²Š½Š¾ŃŃ‚Šø Š“Š²ŠøŠ³Š°Ń‚ŠµŠ»Ń, Šø Š²ŃŠŗŠ¾Ń€Šµ ŠæŠ¾ŃŠ»Šµ ŠæрŠµŠ·ŠµŠ½Ń‚Š°Ń†ŠøŠø рŠ°Š·Ń€Š°Š±Š¾Ń‚ŠŗŠø Š°Š½Š°Š»Š¾Š³ŠøчŠ½Ń‹Šµ ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŃ‹ Š±Ń‹Š»Šø ŠæрŠ¾Š“ŠµŠ¼Š¾Š½ŃŃ‚Ń€ŠøрŠ¾Š²Š°Š½Ń‹ Toyota, Mitsubishi Šø Honda. ŠšŠ¾Š½ŃŃ‚Ń€ŃƒŠŗтŠ¾Ń€Ń‹ ŠæŠ¾Ń€Š°Š¶ŠµŠ½Ń‹ чрŠµŠ·Š²Ń‹Ń‡Š°Š¹Š½Š¾ ŠæŠ»Š°Š²Š½Ń‹Š¼ Šø Š¾Š“Š½Š¾Š²Ń€ŠµŠ¼ŠµŠ½Š½Š¾ Š²Ń‹ŃŠ¾ŠŗŠ¾ŃŠŗŠ¾Ń€Š¾ŃŃ‚Š½Ń‹Š¼ сŠ³Š¾Ń€Š°Š½ŠøŠµŠ¼ Š² ŠæрŠ¾Ń‚Š¾Ń‚ŠøŠæŠ°Ń…, сŠ½ŠøŠ¶ŠµŠ½Š½Ń‹Š¼ рŠ°ŃŃ…Š¾Š“Š¾Š¼ тŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Š° Šø Š²Ń€ŠµŠ“Š½Ń‹Š¼Šø Š²Ń‹Š±Ń€Š¾ŃŠ°Š¼Šø. Š’ 1983 Š³Š¾Š“у ŠæŠ¾ŃŠ²ŠøŠ»Šøсь ŠæŠµŃ€Š²Ń‹Šµ Š»Š°Š±Š¾Ń€Š°Ń‚Š¾Ń€Š½Ń‹Šµ Š¾Š±Ń€Š°Š·Ń†Ń‹ чŠµŃ‚Ń‹Ń€ŠµŃ…Ń‚Š°ŠŗтŠ½Ń‹Ń… Š“Š²ŠøŠ³Š°Ń‚ŠµŠ»ŠµŠ¹ с сŠ°Š¼Š¾Š²Š¾ŃŠæŠ»Š°Š¼ŠµŠ½ŠµŠ½ŠøŠµŠ¼, Š² ŠŗŠ¾Ń‚Š¾Ń€Ń‹Ń… уŠæрŠ°Š²Š»ŠµŠ½ŠøŠµ ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŠ°Š¼Šø Š² рŠ°Š·Š»ŠøчŠ½Ń‹Ń… рŠµŠ¶ŠøŠ¼Š°Ń… рŠ°Š±Š¾Ń‚Ń‹ Š²Š¾Š·Š¼Š¾Š¶Š½Š¾ Š±Š»Š°Š³Š¾Š“Š°Ń€Ń тŠ¾Š¼Ńƒ, чтŠ¾ хŠøŠ¼ŠøчŠµŃŠŗŠøŠ¹ сŠ¾ŃŃ‚Š°Š² Šø сŠ¾Š¾Ń‚Š½Š¾ŃˆŠµŠ½ŠøŠµ ŠŗŠ¾Š¼ŠæŠ¾Š½ŠµŠ½Ń‚Š¾Š² Š² ŠøсŠæŠ¾Š»ŃŒŠ·ŃƒŠµŠ¼Š¾Š¼ тŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Šµ Š°Š±ŃŠ¾Š»ŃŽŃ‚Š½Š¾ ŠøŠ·Š²ŠµŃŃ‚Š½Ń‹. ŠžŠ“Š½Š°ŠŗŠ¾ Š°Š½Š°Š»ŠøŠ· этŠøх ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŠ¾Š² Š½ŠµŃŠŗŠ¾Š»ŃŒŠŗŠ¾ ŠæрŠøŠ¼ŠøтŠøŠ²ŠµŠ½, тŠ°Šŗ ŠŗŠ°Šŗ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š°Š½ Š½Š° ŠæрŠµŠ“ŠæŠ¾Š»Š¾Š¶ŠµŠ½ŠøŠø, чтŠ¾ Š² этŠ¾Š¼ тŠøŠæŠµ Š“Š²ŠøŠ³Š°Ń‚ŠµŠ»Ń Š¾Š½Šø Š²Ń‹ŠæŠ¾Š»Š½ŃŃŽŃ‚ся ŠøŠ·-Š·Š° ŠŗŠøŠ½ŠµŃ‚ŠøŠŗŠø хŠøŠ¼ŠøчŠµŃŠŗŠøх ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŠ¾Š², Š° тŠ°ŠŗŠøŠµ фŠøŠ·ŠøчŠµŃŠŗŠøŠµ яŠ²Š»ŠµŠ½Šøя, ŠŗŠ°Šŗ ŠæŠµŃ€ŠµŠ¼ŠµŃˆŠøŠ²Š°Š½ŠøŠµ Šø турŠ±ŃƒŠ»ŠµŠ½Ń‚Š½Š¾ŃŃ‚ŃŒ, Š½ŠµŠ·Š½Š°Ń‡ŠøтŠµŠ»ŃŒŠ½Ń‹. Š˜Š¼ŠµŠ½Š½Š¾ Š² 80-х Š³Š¾Š“Š°Ń… Š±Ń‹Š»Šø Š·Š°Š»Š¾Š¶ŠµŠ½Ń‹ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Ń‹ ŠæŠµŃ€Š²Ń‹Ń… Š°Š½Š°Š»ŠøтŠøчŠµŃŠŗŠøх Š¼Š¾Š“ŠµŠ»ŠµŠ¹ ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŠ¾Š², Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š°Š½Š½Ń‹Ń… Š½Š° Š“Š°Š²Š»ŠµŠ½ŠøŠø, тŠµŠ¼ŠæŠµŃ€Š°Ń‚ŃƒŃ€Šµ Šø ŠŗŠ¾Š½Ń†ŠµŠ½Ń‚Ń€Š°Ń†ŠøŠø ŠŗŠ¾Š¼ŠæŠ¾Š½ŠµŠ½Ń‚Š¾Š² тŠ¾ŠæŠ»ŠøŠ²Š° Šø Š²Š¾Š·Š“ухŠ° Š² Š¾Š±ŃŠŠµŠ¼Šµ ŠŗŠ°Š¼ŠµŃ€Ń‹. ŠšŠ¾Š½ŃŃ‚Ń€ŃƒŠŗтŠ¾Ń€Ń‹ ŠæрŠøшŠ»Šø Šŗ Š²Ń‹Š²Š¾Š“у, чтŠ¾ рŠ°Š±Š¾Ń‚Ńƒ этŠ¾Š³Š¾ тŠøŠæŠ° Š“Š²ŠøŠ³Š°Ń‚ŠµŠ»Ń Š¼Š¾Š¶Š½Š¾ рŠ°Š·Š“ŠµŠ»Šøть Š½Š° Š“Š²Šµ Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š½Ń‹Šµ чŠ°ŃŃ‚Šø ā€“ Š·Š°Š¶ŠøŠ³Š°Š½ŠøŠµ Šø Š¾Š±ŃŠŠµŠ¼Š½Š¾Šµ Š²Ń‹Š“ŠµŠ»ŠµŠ½ŠøŠµ эŠ½ŠµŃ€Š³ŠøŠø. ŠŠ½Š°Š»ŠøŠ· рŠµŠ·ŃƒŠ»ŃŒŃ‚Š°Ń‚Š¾Š² ŠøссŠ»ŠµŠ“Š¾Š²Š°Š½ŠøŠ¹ ŠæŠ¾ŠŗŠ°Š·Ń‹Š²Š°ŠµŃ‚, чтŠ¾ сŠ°Š¼Š¾Š²Š¾ŃŠæŠ»Š°Š¼ŠµŠ½ŠµŠ½ŠøŠµ ŠøŠ½ŠøцŠøŠøруŠµŃ‚ся тŠµŠ¼Šø Š¶Šµ Š½ŠøŠ·ŠŗŠ¾Ń‚ŠµŠ¼ŠæŠµŃ€Š°Ń‚ŃƒŃ€Š½Ń‹Š¼Šø ŠæрŠµŠ“Š²Š°Ń€ŠøтŠµŠ»ŃŒŠ½Ń‹Š¼Šø хŠøŠ¼ŠøчŠµŃŠŗŠøŠ¼Šø ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŠ°Š¼Šø (ŠæрŠ¾Ń‚ŠµŠŗŠ°ŃŽŃ‰ŠøŠ¼Šø Š½ŠøŠ¶Šµ 700 Š³Ń€Š°Š“усŠ¾Š² с Š¾Š±Ń€Š°Š·Š¾Š²Š°Š½ŠøŠµŠ¼ ŠæŠµŃ€Š¾ŠŗсŠøŠ“Š¾Š²), ŠŗŠ¾Ń‚Š¾Ń€Ń‹Šµ Š¾Ń‚Š²ŠµŃ‚стŠ²ŠµŠ½Š½Ń‹ Š·Š° Š²Ń€ŠµŠ“Š½Š¾Šµ Š“ŠµŃ‚Š¾Š½Š°Ń†ŠøŠ¾Š½Š½Š¾Šµ Š³Š¾Ń€ŠµŠ½ŠøŠµ Š² Š±ŠµŠ½Š·ŠøŠ½Š¾Š²Ń‹Ń… Š“Š²ŠøŠ³Š°Ń‚ŠµŠ»ŃŃ…, Š° ŠæрŠ¾Ń†ŠµŃŃŃ‹ Š²Ń‹Š“ŠµŠ»ŠµŠ½Šøя Š¾ŃŠ½Š¾Š²Š½Š¾Š¹ эŠ½ŠµŃ€Š³ŠøŠø Š²Ń‹ŃŠ¾ŠŗŠ¾Ń‚ŠµŠ¼ŠæŠµŃ€Š°Ń‚ŃƒŃ€Š½Ń‹Šµ. Šø Š²Ń‹ŠæŠ¾Š»Š½ŃŃŽŃ‚ся Š²Ń‹ŃˆŠµ этŠ¾Š³Š¾ усŠ»Š¾Š²Š½Š¾Š³Š¾ тŠµŠ¼ŠæŠµŃ€Š°Ń‚ŃƒŃ€Š½Š¾Š³Š¾ ŠæрŠµŠ“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 compaƱƭa 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. Ɓbrense 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

Engadir un comentario