在單發動機或 HCCI 發動機中試駕汽油和柴油發動機：第 2 部分
馬自達表示他們將成為第一個在系列中使用它的人
具有汽油等清潔氣體和柴油的效率。 該材料講述了在開發具有均勻混合和壓縮過程自燃的理想發動機時會發生什麼。 設計者簡稱為HCCI。
知識積累
這種工藝的基礎可以追溯到七十年代，當時日本工程師 Onishi 開發了他的技術“熱大氣中的活性燃燒”。 在院子裡，1979 年是第二次石油危機時期，也是第一個嚴重的環境性質法律限制時期，工程師的目標是使當時常見的二衝程摩托車符合這些要求。 眾所周知，在輕載和部分負荷模式下，二衝程機組的氣缸中會儲存大量的廢氣，而日本設計師的想法是將其劣勢轉化為優勢，創造一個殘餘氣體和高燃料溫度混合以做有用功的燃燒過程。
大西團隊的工程師第一次能夠實施一項幾乎革命性的技術本身，觸發自燃過程，真正成功地減少了廢氣排放。然而，他們也發現引擎效率顯著提高，在開發成果公佈後不久，豐田、三菱和本田也展示了類似的流程。設計師們對原型機中極其平穩且同時高速的燃燒、降低的燃料消耗和有害排放感到驚訝。 1983 年，出現了第一批四衝程自燃發動機的實驗室樣品，由於所用燃料的化學成分和成分比例是絕對已知的，因此可以在各種操作模式下進行製程控制。然而，對這些過程的分析有些原始，因為它基於這樣的假設：在這種類型的引擎中，這些過程是由於化學過程的動力學而進行的，而混合和湍流等物理現像是微不足道的。正是在 80 年代，第一個基於腔室容積中燃料和空氣成分的壓力、溫度和濃度的製程分析模型奠定了基礎。設計者得出的結論是，此類引擎的運作可分為兩個主要部分—點火和體積能量釋放。研究結果分析表明，自燃是由相同的低溫初步化學過程（在 700 度以下發生並形成過氧化物）引發的，該過程負責汽油引擎中有害的爆震燃燒，以及釋放主要能量的過程是高溫的。並在該條件溫度限制之上執行。
顯然，工作重點應放在溫度和壓力影響下裝藥化學結構和成分變化結果的研究和研究上。 由於無法控製冷啟動和在這些模式下以最大負載工作，工程師們求助於使用火花塞。 實際測試也證實了使用柴油運行時效率較低的理論，因為壓縮比必須相對較低，而在較高的壓縮比下，自燃過程發生得太早。 壓縮衝程。 同時，事實證明，使用柴油燃料時，柴油燃料的易燃餾分存在蒸發問題，並且它們的預燃化學反應比使用高辛烷值汽油要明顯得多。 還有一點非常重要 - 事實證明，HCCI 發動機在氣缸中相應稀薄混合物中殘留氣體高達 50% 的情況下也能正常工作。 從這一切可以看出，汽油更適合在這種類型的裝置中工作，並且朝著這個方向發展。
1,6年，第一批接近真實汽車工業並成功付諸實踐的發動機是改裝後的1992升大眾發動機。 在他們的幫助下，沃爾夫斯堡的設計師成功地將部分負載模式下的效率提高了 34%。 不久之後，即 1996 年，HCCI 發動機與直噴汽油和柴油發動機的正面比較表明，HCCI 發動機在不需要昂貴的噴射系統的情況下表現出最低的燃油消耗和氮氧化物排放。 通過燃料。
今天發生了什麼事
如今，儘管有縮小尺寸的指令，通用汽車仍繼續開發 HCCI 發動機，該公司相信這種類型的機器將有助於改進汽油發動機。 馬自達工程師也有同樣的看法，不過我們會在下一期再談。 在桑迪亞國家實驗室，他們與通用汽車密切合作，目前正在完善一種新的工作流程，該工作流程是 HCCI 的變體。 開發人員將其稱為“LTGC”，意為“汽油的低溫燃燒”。 由於以前設計中的 HCCI 模式僅限於相當窄的工作範圍，並且與現代小型化機器相比沒有太大優勢，因此科學家們決定無論如何對混合物進行分層。 換句話說，創建精細控制的貧困和富裕社區，但與柴油產量更大不同。 本世紀初的事件表明，操作溫度往往不足以完成碳氫化合物和CO-CO2的氧化反應。 當混合物變得濃和稀時，問題就消除了，因為它的溫度在燃燒過程中升高。 然而，它仍然足夠低，不會引發氮氧化物的形成。 在世紀之交，設計者仍然相信 HCCI 是柴油發動機的低溫替代品，不會產生氮氧化物。 然而，它們也不是在新的 LTGC 流程中創建的。 與最初的通用汽車原型一樣，汽油也用於此目的，因為它具有較低的蒸發溫度（並且與空氣更好地混合）但具有較高的自燃溫度。 據實驗室開發人員稱，在更不利且難以控制的模式（例如滿負荷）下，將 LTGC 模式與火花點火相結合，將使機器比現有小型化裝置效率更高。 德爾福汽車公司正在開發類似的壓縮點火工藝。 他們將自己的設計稱為“GDCI”，即“壓縮點火汽油直噴”（汽油直噴和壓縮自點火），它還提供稀燃和濃燃操作來控制燃燒過程。 在德爾福，這是通過具有復雜噴射動力學的噴射器來完成的，因此，儘管耗盡和豐富，混合物作為一個整體仍然足夠稀薄，不會形成煙灰，並且溫度足夠低，不會形成氮氧化物。 設計師控制混合物的不同部分，以便它們在不同的時間燃燒。 這個複雜的過程類似於柴油，二氧化碳排放量低，氮氧化物的形成可以忽略不計。 德爾福已經從美國政府那裡獲得了至少四年的資金，而現代汽車等製造商對其發展的承諾意味著他們不會停止。
讓我們記住迪索托
位於 Untertürkheim 的戴姆勒發動機研究實驗室的設計師開發的產品稱為 Diesotto，在啟動和最大負載模式下，它的工作方式類似於經典汽油發動機，利用了直噴和級聯渦輪增壓的所有優勢。 然而，在一個週期內的低到中速和負載下，電子設備將關閉點火系統並切換到自點火模式控制模式。 在這種情況下，排氣門的相位從根本上改變了它們的特性。 它們打開的時間比平時短得多，衝程也大大減少 - 因此只有一半的廢氣有時間離開燃燒室，其餘的廢氣連同其中包含的大部分熱量有意保留在氣缸中. 為了在腔室中獲得更高的溫度，噴嘴會噴射一小部分不會點燃但會與加熱氣體發生反應的燃料。 在隨後的進氣沖程中，新的一部分燃油以恰到好處的量噴射到每個氣缸中。 進氣門以短衝程短暫打開，允許精確計量的新鮮空氣進入氣缸並與可用氣體混合，以產生具有高比例廢氣的稀薄燃料混合物。 隨後是壓縮衝程，在該衝程中，混合物的溫度繼續升高，直到自燃時刻。 通過精確控制燃料、新鮮空氣和廢氣的量、來自測量氣缸壓力的傳感器的恆定信息，以及可以使用偏心機構立即改變壓縮比的系統，實現了過程的精確計時。 改變曲軸的位置。 順便說一句，所討論的系統的操作不限於 HCCI 模式。
管理所有這些複雜的操作需要控制電子設備，這些電子設備不依賴於傳統內燃機中常見的一組預定義算法，而是允許根據傳感器數據實時更改性能。 任務艱鉅，但結果是值得的 - 238 馬力。 1,8 升 Diesotto 保證概念車 F700 的 S 級二氧化碳排放量為 2 克/公里，並符合嚴格的歐 127 指令。
文字：Georgy Kolev
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