Туршилтын хөтөч дизель ба бензин: төрөл
Дизель болон бензин хөдөлгүүрүүдийн хоорондох хурцадмал сөргөлдөөн дээд цэгтээ хүрч байна. Хамгийн сүүлийн үеийн турбо технологи, электрон удирдлагатай шууд шахах систем, өндөр шахалтын харьцаа – өрсөлдөөн нь хоёр төрлийн хөдөлгүүрийг ойртуулдаг... Тэгээд гэнэт, эртний тулааны дундуур шинэ тоглогч гэнэт гарч ирэв. наран доорх газар.
Олон жилийн турш хайхрамжгүй байсны дараа дизайнерууд дизель хөдөлгүүрийн асар их боломжийг дахин нээж, шинэ технологийг эрчимтэй нэвтрүүлэх замаар хөгжүүлэлтийг хурдасгасан байна. Энэ нь түүний динамик гүйцэтгэл нь бензин өрсөлдөгчийн шинж чанарт ойртож, уралдааны амбицаас илүүтэйгээр Volkswagen Race Touareg, Audi R10 TDI зэрэг өнөөг хүртэл төсөөлж байгаагүй автомашин бүтээх боломжийг олгосон юм. Сүүлийн арван таван жилийн үйл явдлын он дарааллыг сайн мэддэг ... 1936-ийн дизель хөдөлгүүрүүд нь Мерседес-Бенц 13 онд бүтээсэн өвөг дээдсээсээ үндсэндээ ялгаатай биш байв. Удаан хувьслын үйл явц явагдаж, сүүлийн жилүүдэд технологийн хүчтэй тэсрэлт болж хувирав. 1-аад оны сүүлээр Мерседес анхны автомашины турбо дизель хөдөлгүүрийг дахин бүтээсэн бөгөөд XNUMX-р оны сүүлээр Audi загварт шууд тарилга хийсний дараа дизель түлш дөрвөн хавхлагатай толгойг хүлээн авч, XNUMX-ийн сүүлээр электрон удирдлагатай Common Rail тарилгын систем нь бодит байдал болжээ. ... Үүний зэрэгцээ өндөр даралттай шууд түлш шахах аргыг бензин хөдөлгүүрт нэвтрүүлсэн бөгөөд өнөөдөр шахалтын харьцаа зарим тохиолдолд XNUMX: XNUMX хүрдэг. Саяхан турбо технологи нь дахин сэргэж, бензин хөдөлгүүрийн эргүүлэх хүч нь уян хатан турбо дизель хөдөлгүүрийн эргэлтийн утгуудад нэлээд ойртож эхэлжээ. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн шинэчлэлтэй зэрэгцэн бензин хөдөлгүүрийн үнэ огцом өсөх хандлага хэвээр байна ... Тиймээс дэлхийн өнцөг булан бүрт бензин, дизель хөдөлгүүрийн талаар тодорхой бус үзэл бодол, туйлширсан хандлага ажиглагдаж байгаа ч аль нь ч биш. хоёр өрсөлдөгч нь тодорхой давамгайлал олж авах болно.
Хоёр төрлийн нэгжийн чанарууд давхцаж байгаа хэдий ч хоёр дулааны хөдөлгүүрийн шинж чанар, зан чанар, зан үйлийн хувьд асар их ялгаа байсаар байна.
Бензин хөдөлгүүрийн хувьд агаар, ууршуулсан түлшний хольц нь илүү урт хугацаанд үүсдэг бөгөөд шаталтын процесс эхлэхээс нэлээд өмнө эхэлдэг. Карбюратор эсвэл орчин үеийн электрон шууд шахах системийг ашиглаж байгаа эсэхээс үл хамааран холих зорилго нь агаарын түлшний харьцааг сайтар тодорхойлсон жигд, нэгэн төрлийн түлшний хольцыг үйлдвэрлэх явдал юм. Энэ утга нь түлшний устөрөгч, нүүрстөрөгчийн атом бүртэй тогтвортой бүтэцтэй холбогдож, зөвхөн H20 ба CO2 үүсгэдэг (онолын хувьд) хангалттай хүчилтөрөгчийн атомууд байдаг "стехиометрийн хольц"-той ойролцоо байдаг. Учир нь шахалтын харьцаа нь өндөр шахалтын температурын улмаас түлшний зарим бодисыг хяналтгүй автоматаар дүрэлзүүлэхээс урьдчилан сэргийлэхэд хангалттай бага байдаг (бензиний фракц нь ууршилтын температур хамаагүй бага, шаталтын температур хамаагүй өндөр байдаг нүүрсустөрөгчөөс бүрддэг). дизель фракцаас өөрөө гал асаах), хольцын гал асаах нь оч залгуураар эхэлдэг бөгөөд шаталт нь тодорхой хурдны хязгаарт хөдөлж буй урд талын хэлбэрээр явагддаг. Харамсалтай нь шаталтын камерт бүрэн бус процесс бүхий бүсүүд үүсдэг бөгөөд энэ нь нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, тогтвортой нүүрсустөрөгчид үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд дөлний урд хэсэг хөдлөхөд түүний захын даралт, температур нэмэгдэж, азотын хортой исэл үүсэхэд хүргэдэг. агаараас азот ба хүчилтөрөгчийн хооронд), хэт исэл ба гидропероксид (хүчилтөрөгч ба түлшний хооронд). Сүүлийнх нь эгзэгтэй утгыг хуримтлуулах нь хяналтгүй тэсэлгээний шаталтад хүргэдэг тул орчин үеийн бензинд харьцангуй тогтвортой, тэслэхэд хэцүү химийн "барилга" бүхий молекулуудын фракцуудыг ашигладаг - хэд хэдэн нэмэлт процессуудыг гүйцэтгэдэг. ийм тогтвортой байдалд хүрэхийн тулд боловсруулах үйлдвэрүүдэд . түлшний октаны тоог нэмэгдүүлэх зэрэг орно. Бензин хөдөлгүүрүүд ажиллах боломжтой холимгийн харьцаа ихээхэн тогтоогдсон тул тохируулагч хавхлага нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд үүгээрээ хөдөлгүүрийн ачааллыг цэвэр агаарын хэмжээг тохируулах замаар зохицуулдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь эргээд хэсэгчилсэн ачааллын горимд ихээхэн алдагдлын эх үүсвэр болж, хөдөлгүүрийн нэг төрлийн "хоолойн залгуур" үүрэг гүйцэтгэдэг.
Дизель хөдөлгүүрийг бүтээгч Рудольф Дизелийн санаа нь шахалтын харьцаа, улмаар машины термодинамик үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх явдал юм. Тиймээс түлшний камерын талбай багасч, шаталтын энерги нь цилиндрийн хана болон хөргөлтийн системээр дамждаггүй, харин хэсгүүдийн хооронд "зарцагддаг" бөгөөд энэ тохиолдолд тэдгээр нь тус бүрдээ илүү ойр байдаг. бусад. Хэрэв бензин хөдөлгүүрийн нэгэн адил энэ төрлийн хөдөлгүүрийн шаталтын камерт урьдчилан бэлтгэсэн агаарын түлшний хольц орж ирвэл шахалтын явцад тодорхой чухал температурт хүрсэн үед (шахалтын харьцаа, түлшний төрлөөс хамаарна). ), өөрөө гал асаах процессыг GMT-ээс хамаагүй өмнө эхлүүлэх болно. хяналтгүй эзэлхүүний шаталт. Энэ шалтгааны улмаас дизель түлшийг эцсийн мөчид, GMT-ийн өмнөхөн маш өндөр даралтаар шахдаг бөгөөд энэ нь сайн уурших, тархах, холих, өөрөө гал асаах, дээд хурдыг хязгаарлах хэрэгцээг хангахад ихээхэн цаг хугацаа алддаг. хязгаарыг давах нь ховор. 4500 эрг / мин-ээс Энэ арга нь түлшний чанарт зохих шаардлагыг тавьдаг бөгөөд энэ тохиолдолд дизель түлшний нэг хэсэг болох шууд нэрмэл нь өөрөө гал асаах температур мэдэгдэхүйц бага байдаг, учир нь илүү тогтворгүй бүтэц, урт молекулууд нь тэдгээрийг хялбаршуулах урьдчилсан нөхцөл болдог. хагарал ба хүчилтөрөгчтэй урвалд орно.
Дизель хөдөлгүүрийн шаталтын процессын онцлог шинж чанар нь нэг талаас тарилгын нүхний эргэн тойронд баяжуулсан хольц бүхий бүсүүд бөгөөд түлш нь температураас исэлгүй задарч (хагарч), нүүрстөрөгчийн тоосонцор (тортог) -ийн эх үүсвэр болж хувирдаг. түлш огт байхгүй бөгөөд өндөр температурын нөлөөгөөр агаар дахь азот ба хүчилтөрөгч химийн харилцан үйлчлэлд орж азотын исэл үүсгэдэг. Тиймээс дизель хөдөлгүүрийг дунд зэргийн холимогоор (өөрөөр хэлбэл хэт их агаартай) ажиллуулахаар үргэлж тохируулдаг бөгөөд ачааллыг зөвхөн шахсан түлшний хэмжээг тунгаар тогтооно. Энэ нь тохируулагчийг ашиглахаас зайлсхийх бөгөөд энэ нь бензин түлшнийхээс хамаагүй давуу тал юм. Бензин хөдөлгүүрийн зарим сул талыг нөхөхийн тулд дизайнерууд холимог үүсэх процессыг "цэнэгийн давхарга" гэж нэрлэдэг хөдөлгүүрүүдийг бүтээсэн.
Хэсэгчилсэн ачааллын горимд хамгийн оновчтой стехиометрийн хольцыг зөвхөн тарьсан түлшний тийрэлтэт бодис, чиглэсэн агаарын урсгал, поршений фронтын тусгай профайл болон гал асаах боломжийг олгодог бусад ижил төстэй аргуудын ачаар зөвхөн оч залгуурын электродын эргэн тойронд бий болгодог. найдвартай байдал. Үүний зэрэгцээ камерын ихэнх эзэлхүүн дэх хольц нь туранхай хэвээр байгаа бөгөөд энэ горим дахь ачааллыг зөвхөн нийлүүлсэн түлшний хэмжээгээр хянах боломжтой тул тохируулагч хавхлага бүрэн нээлттэй хэвээр үлдэх боломжтой. Энэ нь эргээд алдагдлыг бууруулж, хөдөлгүүрийн термодинамик үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Онолын хувьд бүх зүйл гайхалтай харагдаж байгаа боловч Mitsubishi болон VW -ийн үйлдвэрлэсэн ийм төрлийн хөдөлгүүрийн амжилт одоог хүртэл гайхалтай байсангүй. Ерөнхийдөө өнөөг хүртэл эдгээр технологийн шийдлүүдийг бүрэн дүүрэн ашиглаж байгаагаараа хэн ч сайрхаж чадахгүй.
Хэрэв та хоёр төрлийн хөдөлгүүрийн давуу талыг "ид шидээр" нэгтгэвэл? Дизель түлшний өндөр шахалт, шатаах камерын эзэлхүүн дэх хольцын нэгэн төрлийн тархалт, ижил эзэлхүүн дэх жигд өөрөө гал асаах хамгийн тохиромжтой хослол нь юу байх вэ? Сүүлийн жилүүдэд энэ төрлийн туршилтын нэгжүүдийн эрчимтэй лабораторийн судалгаанууд нь яндангийн хийн ялгаруулалтыг мэдэгдэхүйц бууруулж (жишээлбэл, азотын ислийн хэмжээ 99% хүртэл буурсан!) Бензин хөдөлгүүртэй харьцуулахад үр ашиг нь нэмэгдсэн байна. . Автомашины компаниуд болон бие даасан дизайны компаниуд саяхан HCCI - Нэг төрлийн цэнэглэх шахалтын гал асаах хөдөлгүүр эсвэл нэгэн төрлийн цэнэглэгч өөрөө асаалттай хөдөлгүүр гэсэн нэрийн дор нэгтгэсэн хөдөлгүүрүүдэд ирээдүй үнэхээр хамааралтай юм шиг санагдаж байна.
Бусад "хувьсгалт" мэт санагдаж буй бүтээн байгуулалтын нэгэн адил ийм машин бүтээх санаа нь цоо шинэ зүйл биш бөгөөд одоог хүртэл найдвартай үйлдвэрлэлийн загварыг бий болгох оролдлогууд үр дүнд хүрээгүй хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ, үйл явцын электрон удирдлагын өсөн нэмэгдэж буй чадвар, хий түгээх системийн гайхалтай уян хатан байдал нь шинэ төрлийн хөдөлгүүрийн хэт бодит, өөдрөг хэтийн төлөвийг бий болгож байна.
Үнэн хэрэгтээ энэ тохиолдолд энэ нь бензин, дизель хөдөлгүүрийн ажиллагааны зарчмын эрлийз юм. Бензин хөдөлгүүртэй адил сайн нэгэн төрлийн хольц нь HCCI-ийн шаталтын камерт ордог боловч шахалтаас үүссэн дулааны нөлөөн дор өөрөө гал авалцдаг. Шинэ төрлийн хөдөлгүүр нь туранхай хольц дээр ажиллах боломжтой тул тохируулагч хавхлагыг шаарддаггүй. Гэсэн хэдий ч HCCI нь бүрэн туранхай, маш их баяжуулсан холимоггүй, харин жигд туранхай холимог тул энэ тохиолдолд "туранхай" гэсэн тодорхойлолтын утга нь дизель түлшний тодорхойлолтоос эрс ялгаатай болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй. Ашиглалтын зарчим нь цилиндрийн бүх эзэлхүүн дэх хольцыг нэгэн зэрэг гал асаах, жигд хөдөлдөг дөлний урд хэсэггүйгээр, хамаагүй бага температурт багтаана. Энэ нь утаа ялгаруулдаг хий дэх азотын исэл, тортогны хэмжээ мэдэгдэхүйц буурахад хүргэдэг бөгөөд хэд хэдэн эрх мэдэл бүхий эх сурвалжаас үзэхэд 2010-2015 онд автомашины цуврал үйлдвэрлэлд илүү үр дүнтэй HCCI-ийг их хэмжээгээр нэвтрүүлсэн. Хүн төрөлхтнийг хагас сая баррель хэмнэх болно. өдөр бүр тос.
Гэсэн хэдий ч үүнд хүрэхийн өмнө судлаачид, инженерүүд хамгийн том саад бэрхшээлийг даван туулах ёстой - орчин үеийн түлшний өөр өөр химийн найрлага, шинж чанар, шинж чанар бүхий фракцуудыг ашиглан өөрөө гал асаах процессыг хянах найдвартай арга байхгүй байна. Хөдөлгүүрийн янз бүрийн ачаалал, эргэлт, температурын нөхцөлд үйл явцыг хязгаарлахаас болж хэд хэдэн асуулт гарч ирдэг. Зарим шинжээчдийн үзэж байгаагаар энэ нь нарийн хэмжсэн утааны хэмжээг цилиндрт буцааж өгөх, хольцыг урьдчилан халаах, шахалтын харьцааг динамикаар өөрчлөх, шахалтын харьцааг шууд өөрчлөх (жишээлбэл, SVC Saab прототип) эсвэл хийн хуваарилалтын хувьсах системийг ашиглан хавхлагыг хаах хугацааг өөрчлөх.
Бүрэн ачаалалтай үед их хэмжээний шинэ хольц өөрөө асдагтай холбоотойгоор хөдөлгүүрийн хийцэд үүсэх дуу чимээ, термодинамик нөлөөллийн асуудал хэрхэн арилах нь одоогоор тодорхойгүй байна. Жинхэнэ асуудал бол хөдөлгүүрийг цилиндрт бага температурт асаах явдал юм, учир нь ийм нөхцөлд өөрөө гал асаах нь нэлээд хэцүү байдаг. Одоогийн байдлаар олон судлаачид цилиндр дэх ажлын процессыг тасралтгүй цахим хянах, дүн шинжилгээ хийх мэдрэгч бүхий прототипүүдийн ажиглалтын үр дүнг ашиглан эдгээр саад бэрхшээлийг арилгахаар ажиллаж байна.
Энэ чиглэлээр ажилладаг Honda, Nissan, Toyota, GM зэрэг автомашины компаниудын мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар эхлээд ажиллах горимыг сольж чаддаг хосолсон машинууд бий болох бөгөөд оч залгуурыг зарим тохиолдолд туслах хэрэгсэл болгон ашиглах болно. HCCI хүндрэлтэй тулгардаг. Volkswagen нь CCS (хосолсон шаталтын систем) хөдөлгүүртээ ижил төстэй схемийг аль хэдийн хэрэгжүүлсэн бөгөөд одоогоор зөвхөн тусгайлан боловсруулсан синтетик түлшээр ажилладаг.
HCCI хөдөлгүүрт хольцыг асаах нь түлш, агаар, яндангийн хийн хоорондох өргөн хүрээний харьцаагаар явагдах боломжтой (энэ нь өөрөө гал асаах температурт хүрэхэд хангалттай) бөгөөд богино шатаах хугацаа нь хөдөлгүүрийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Шинэ төрлийн нэгжүүдийн зарим асуудлыг Toyota-ийн Hybrid Synergy Drive гэх мэт эрлийз системтэй хослуулан амжилттай шийдэж болно - энэ тохиолдолд дотоод шаталтат хөдөлгүүрийг зөвхөн хурд, ачааллын хувьд оновчтой тодорхой горимд ашиглах боломжтой. ажил дээрээ, ингэснээр хөдөлгүүр тэмцэлддэг эсвэл үр ашиггүй болсон горимуудыг тойрч гардаг.
GMC-тэй ойролцоо байршилд байгаа хольцын температур, даралт, тоо хэмжээ, чанарыг нэгдсэн удирдлагаар хангаж, HCCI хөдөлгүүрт шатах нь гал асаахаас илүү хялбар гал асаах асуудал юм. Нөгөөтэйгүүр, HCCI нь авто шаталтын нэгэн зэрэг хэмжээст шинж чанартай тул бензин, ялангуяа дизель хөдөлгүүрт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг үймээн самуунтай процессыг бий болгох шаардлагагүй юм. Үүний зэрэгцээ, температурын бага зэргийн хазайлт ч гэсэн кинетик процесст мэдэгдэхүйц өөрчлөлтөд хүргэж болзошгүй юм.
Практикт энэ төрлийн хөдөлгүүрийн ирээдүйн хамгийн чухал хүчин зүйл бол түлшний төрөл бөгөөд зөв дизайны шийдлийг зөвхөн шатаах камер дахь түүний зан байдлын талаархи нарийвчилсан мэдлэгээр олж авах боломжтой. Тиймээс олон автомашины компаниуд одоогоор газрын тосны компаниудтай (Тоёота, ЭксонМобил гэх мэт) хамтран ажиллаж байгаа бөгөөд энэ үе шатанд ихэнх туршилтыг тусгайлан боловсруулсан синтетик түлшээр хийдэг бөгөөд тэдгээрийн найрлага, үйл ажиллагааг урьдчилан тооцдог. HCCI-д бензин, дизель түлш ашиглах үр ашиг нь сонгодог хөдөлгүүрийн логиктой зөрчилддөг. Бензин нь өөрөө гал асаах өндөр температуртай тул тэдгээрийн шахалтын харьцаа 12:1-ээс 21:1 хооронд хэлбэлздэг бөгөөд бага температурт гал авалцдаг дизель түлшний хувьд харьцангуй бага байх ёстой - ердөө 8 градусын дарааллаар. :1.
Текст: Жорж Колев
Фото: компани
