Test sürücüsü dizel və benzin: növləri
Dizel və benzin mühərrikləri arasında gərgin qarşıdurma kulminasiya nöqtəsinə çatır. Ən son turbo texnologiyası, elektron idarə olunan ümumi relsli birbaşa enjeksiyon sistemləri, yüksək sıxılma nisbətləri – rəqabət iki növ mühərriki yaxınlaşdırır... Və qəfildən, qədim duelin ortasında qəfildən səhnəyə yeni oyunçu çıxdı. günəş altında bir yer.
Uzun illər baxımsızlıqdan sonra dizaynerlər dizel mühərrikinin böyük potensialını yenidən kəşf etdilər və yeni texnologiyaların intensiv tətbiqi ilə inkişafını sürətləndirdilər. İşin dinamik performansı benzin rəqibinin xüsusiyyətlərinə yaxınlaşdı və Volkswagen Race Touareg və Audi R10 TDI kimi indiyə qədər ağlasığmaz avtomobillər yaratmağa imkan verdi. Son on beş ilin hadisələrinin xronologiyası yaxşı məlumdur ... 1936-lərin dizel mühərrikləri Mercedes-Benz tərəfindən 13-cı ildə yaradılan atalarından əsaslı şəkildə fərqlənmirdi. Son illərdə güclü bir texnoloji partlayışa çevrilən yavaş təkamül prosesi başladı. 1-cü illərin sonlarında Mercedes ilk avtomobil turbodizelini yenidən yaratdı, XNUMX-ci illərin sonunda Audi modelində birbaşa enjeksiyon, daha sonra dizellər dörd valflı başlıq aldı və XNUMX-ci illərin sonlarında elektron idarə olunan Common Rail enjeksiyon sistemləri bir reallıq oldu. ... Bu vaxt, bəzi hallarda sıxılma nisbətinin bu gün XNUMX: XNUMX -ə çatdığı benzin mühərriklərinə yüksək təzyiqli birbaşa yanacaq enjeksiyonu tətbiq edildi. Bu yaxınlarda, turbo texnologiyası da bir intibah yaşadı, benzin mühərriklərinin tork dəyərləri məşhur çevik turbo dizelin tork dəyərlərinə əhəmiyyətli dərəcədə yaxınlaşmağa başladı. Bununla birlikdə, modernləşmə ilə paralel olaraq, benzin mühərrikinin qiymətində ciddi bir artım tendensiyası qalmaqdadır ... Beləliklə, dünyanın müxtəlif yerlərində benzin və dizel mühərrikləri ilə bağlı fikirlərin açıq şəkildə önə sürülməsi və qütbləşməsinə baxmayaraq, iki rəqib maddi üstünlük əldə edir.
İki tip vahidin keyfiyyətlərinin üst-üstə düşməsinə baxmayaraq, iki istilik mühərrikinin təbiətində, xarakterində və davranışında hələ də böyük fərqlər var.
Bir benzin mühərriki vəziyyətində, hava və buxarlanmış yanacağın qarışığı daha uzun müddət ərzində formalaşır və yanma prosesinin başlamasından çox əvvəl başlayır. İstər karbüratördən, istərsə də müasir elektron enjeksiyon sistemlərindən istifadə etməsindən asılı olmayaraq, qarışdırmanın məqsədi yaxşı müəyyən edilmiş hava-yanacaq nisbəti ilə vahid, homojen yanacaq qarışığı istehsal etməkdir. Bu dəyər adətən yanacaqdakı hər bir hidrogen və karbon atomu ilə sabit bir quruluşda bağlana bilmək üçün (nəzəri olaraq) kifayət qədər oksigen atomunun olduğu, yalnız H20 və CO2 əmələ gətirən "stoxiometrik qarışığa" yaxındır. Çünki sıxılma əmsalı yüksək sıxılma temperaturu səbəbindən yanacağın tərkibində olan bəzi maddələrin vaxtından əvvəl nəzarətsiz öz-özünə alovlanmasının qarşısını almaq üçün kifayət qədər kiçik olduğundan (benzin fraksiyası daha aşağı buxarlanma temperaturu və daha yüksək yanma temperaturu olan karbohidrogenlərdən ibarətdir). dizel fraksiyasında olanlardan öz-özünə alovlanma), qarışığın alovlanması bir şamdan başlanır və yanma müəyyən bir sürət həddində hərəkət edən bir cəbhə şəklində baş verir. Təəssüf ki, yanma kamerasında karbonmonoksit və sabit karbohidrogenlərin əmələ gəlməsinə səbəb olan natamam prosesləri olan zonalar əmələ gəlir və alov cəbhəsi hərəkət etdikdə onun periferiyasında təzyiq və temperatur yüksəlir, bu da zərərli azot oksidlərinin əmələ gəlməsinə səbəb olur ( azot və havadan oksigen arasında), peroksidlər və hidroperoksidlər (oksigen və yanacaq arasında). Sonuncunun kritik dəyərlərə yığılması nəzarətsiz detonasiya yanmasına gətirib çıxarır, buna görə də müasir benzinlərdə nisbətən sabit, partlatmaq çətin olan kimyəvi "konstruksiyaya" malik molekulların fraksiyaları istifadə olunur - bir sıra əlavə proseslər həyata keçirilir. belə sabitliyə nail olmaq üçün neftayırma zavodlarında. o cümlədən yanacağın oktan sayının artması. Benzinli mühərriklərin işləyə biləcəyi böyük ölçüdə sabit qarışıq nisbətinə görə, tənzimləyici klapan onlarda mühüm rol oynayır, bunun sayəsində mühərrik yükü təmiz havanın miqdarını tənzimləməklə tənzimlənir. Bununla belə, o, öz növbəsində, mühərrikin bir növ "boğaz tıxacının" rolunu oynayaraq, qismən yükləmə rejimində əhəmiyyətli itkilər mənbəyinə çevrilir.
Dizel mühərrikinin yaradıcısı Rudolf Dieselin ideyası sıxılma nisbətini və buna görə də maşının termodinamik səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırmaqdır. Beləliklə, yanacaq kamerasının sahəsi azalır və yanma enerjisi silindrin divarları və soyutma sistemi vasitəsilə yayılmır, lakin bu vəziyyətdə hər birinə daha yaxın olan hissəciklərin özləri arasında "xərclənir". başqa. Əgər benzin mühərrikində olduğu kimi bu tip mühərrikin yanma kamerasına əvvəlcədən hazırlanmış hava-yanacaq qarışığı daxil olarsa, sıxılma prosesi zamanı müəyyən kritik temperatura çatdıqda (sıxılma nisbətindən və yanacağın növündən asılı olaraq) ), öz-özünə alovlanma prosesi GMT-dən çox əvvəl başlayacaq. nəzarətsiz həcmli yanma. Məhz bu səbəbdən dizel yanacağı son anda, GMT-dən bir qədər əvvəl, çox yüksək təzyiqdə vurulur ki, bu da yaxşı buxarlanma, diffuziya, qarışdırma, öz-özünə alovlanma üçün əhəmiyyətli vaxt çatışmazlığı və yüksək sürət həddinə ehtiyac yaradır. ki, nadir hallarda həddi aşır. 4500 rpm-dən Bu yanaşma yanacağın keyfiyyəti üçün müvafiq tələblər qoyur, bu halda dizel yanacağının bir hissəsidir - əsasən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı avtomatik alovlanma temperaturu olan düz distillələr, çünki daha qeyri-sabit bir quruluş və uzun molekullar onların daha asan olması üçün ilkin şərtdir. qırılma və oksigenlə reaksiya.
Dizel mühərrikinin yanma proseslərinin bir tərəfi, bir tərəfdən, yanacağın oksidləşmədən temperaturdan çürüyən (çatlayan), digər tərəfdən enjeksiyon çuxurları ətrafında zəngin bir qarışığı olan zonalardır. tamamilə yanacaq olmadığı və yüksək temperaturun təsiri altında havanın azotu və oksigeni kimyəvi qarşılıqlı təsirə girərək azot oksidləri meydana gətirir. Buna görə dizel mühərrikləri hər zaman orta yağsız qarışıqlarla (yəni ciddi bir hava miqdarı ilə) işləmək üçün tənzimlənir və yük yalnız enjekte edilmiş yanacaq miqdarının dozası ilə idarə olunur. Bu, qazı istifadə etməkdən çəkinir, bu da benzin həmkarlarına nisbətən böyük bir üstünlükdür. Benzin mühərrikinin bəzi çatışmazlıqlarını kompensasiya etmək üçün dizaynerlər qarışıq əmələ gəlməsi prosesinin "şarj təbəqələşməsi" olduğu mühərriklər yaratdılar.
Qismən yükləmə rejimində, optimal bir stokiometrik qarışıq, yalnız bir enjekte edilmiş yanacaq jetinin xüsusi bir enjeksiyonu, yönləndirilmiş hava axını, piston cəbhələrinin xüsusi bir profili və alovlanmanı təmin edən digər oxşar üsullar sayəsində buji elektrodlarının ətrafındakı ərazidə yaradılır. etibarlılıq. Eyni zamanda, kamera həcminin çox hissəsindəki qarışıq arıq qalır və bu rejimdəki yük yalnız verilən yanacaq miqdarı ilə idarə oluna bildiyindən, qaz klapanı tam açıq qala bilər. Bu, eyni zamanda itkilərin azalmasına və mühərrikin termodinamik səmərəliliyinin artmasına səbəb olur. Teorik olaraq hər şey əla görünür, amma indiyə qədər Mitsubishi və VW tərəfindən istehsal edilən bu tip mühərriklərin uğuru məftunedici deyildi. Ümumiyyətlə, indiyə qədər heç kim bu texnoloji həllərin üstünlüklərindən tam istifadə etdikləri ilə öyünə bilməz.
Və iki növ mühərrikin üstünlüklərini "sehrli" birləşdirirsinizsə? Dizelin yüksək sıxılması, qarışığın yanma kamerasının həcmi boyunca homojen paylanması və eyni həcmdə vahid öz-özünə alovlanmanın ideal birləşməsi nə olardı? Son illərdə bu tip eksperimental qurğuların intensiv laboratoriya tədqiqatları benzin mühərrikləri ilə müqayisədə səmərəliliyin artması ilə işlənmiş qazlarda zərərli emissiyaların əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını göstərdi (məsələn, azot oksidlərinin miqdarı 99% -ə qədər azalır!) . Görünür, gələcək həqiqətən də avtomobil şirkətləri və müstəqil dizayn şirkətlərinin bu yaxınlarda HCCI çətiri adı altında birləşdirdikləri mühərriklərə aiddir - Homojen Yüklü Sıxılmalı Alovlanma Mühərrikləri və ya Homojen Yüklü Öz-özünə Alovlanma Mühərrikləri.
Görünən "inqilabi" bir çox inkişaf kimi, belə bir maşın yaratmaq fikri yeni deyil və bu günə qədər etibarlı bir istehsal modeli yaratmaq cəhdləri hələ də uğursuzdur. Eyni zamanda, elektron proses nəzarətinin artan imkanları və qaz paylama sistemlərinin böyük elastikliyi yeni bir mühərrik növü üçün çox real və nikbin bir perspektiv yaradır.
Əslində, bu vəziyyətdə benzin və dizel mühərriklərinin işləmə prinsiplərinin bir növ hibrididir. Yaxşı bir homogenləşdirilmiş qarışıq, benzin mühərriklərində olduğu kimi, HCCI-nin yanma kameralarına daxil olur, ancaq sıxılma nəticəsində gələn istilik təsiri altında özünü alovlandırır. Yeni tip mühərrik də arıq qarışıqlarda işləyə biləcəyi üçün qaz klapanı tələb etmir. Bununla birlikdə, qeyd etmək lazımdır ki, bu vəziyyətdə "yağsız" tərifinin mənası dizel tərifindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlidir, çünki HCCI tamamilə arıq və yüksək dərəcədə zənginləşdirilmiş qarışığa malik deyil, əksinə bir növ arıq qarışıqdır. Əməliyyat prinsipi, eyni dərəcədə aşağı hərəkət edən bir alov cəbhəsi olmadan və eyni dərəcədə qarışığın silindrinin bütün həcmində alovlanmasını əhatə edir. Bu, avtomatik olaraq işlənmiş qazlardakı azot oksidləri və kül miqdarının əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına gətirib çıxarır və bir sıra nüfuzlu mənbələrə görə 2010-2015-ci illərdə daha səmərəli HCCI-lərin seriya avtomobil istehsalına kütləvi şəkildə daxil edilməsinə gətirib çıxarır. Təxminən yarım milyon barel insanlığı xilas edəcək. gündəlik yağ.
Bununla belə, buna nail olmaqdan əvvəl tədqiqatçılar və mühəndislər hazırda ən böyük büdrəməni - müasir yanacaqların müxtəlif kimyəvi tərkibi, xassələri və davranışı olan tərkibli fraksiyalardan istifadə edərək öz-özünə alovlanma proseslərinə nəzarət etmək üçün etibarlı yolun olmamasının öhdəsindən gəlməlidirlər. Bir sıra suallar müxtəlif yüklərdə, inqilablarda və mühərrikin temperatur şəraitində proseslərin saxlanması ilə əlaqədardır. Bəzi ekspertlərin fikrincə, bu işlənmiş qazların dəqiq ölçülmüş miqdarını silindrə qaytarmaqla, qarışığı əvvəlcədən qızdırmaqla və ya sıxılma nisbətini dinamik olaraq dəyişdirməklə və ya sıxılma nisbətini birbaşa dəyişdirməklə (məsələn, SVC Saab prototipi) və ya dəyişən sistemlərin qaz paylanmasından istifadə edərək klapan bağlanma vaxtının dəyişdirilməsi.
Tam yükdə çoxlu miqdarda təzə qarışığın öz-özünə alışması səbəbindən mühərrik dizaynında səs-küy və termodinamik təsir probleminin necə aradan qaldırılacağı hələ aydın deyil. Əsl problem, mühərriki silindrlərdə aşağı temperaturda işə salmaqdır, çünki belə şəraitdə özünü alovlandırmaq olduqca çətindir. Hal-hazırda bir çox tədqiqatçılar silindrlərdə real vaxt rejimində davamlı elektron nəzarət və iş proseslərinin təhlili üçün sensorlarla prototiplərin müşahidələrinin nəticələrindən istifadə edərək bu darboğazları aradan qaldırmaq üçün çalışırlar.
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 mühərriklərində qarışığın alovlanması yanacaq, hava və işlənmiş qazlar arasında geniş nisbətdə həyata keçirilə bilər (avtomatik alovlanma temperaturuna çatmaq kifayətdir) və qısa yanma müddəti mühərrikin səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur. Yeni növ aqreqatların bəzi problemləri, Toyota-nın Hybrid Synergy Drive kimi hibrid sistemlərlə birlikdə uğurla həll edilə bilər - bu halda daxili yanma mühərriki yalnız sürət və yük baxımından optimal olan müəyyən rejimdə istifadə edilə bilər. işdə, beləliklə, mühərrikin mübarizə apardığı və ya səmərəsizləşdiyi rejimləri aşaraq.
GMT-yə yaxın bir vəziyyətdə qarışığın istiliyinə, təzyiqinə, miqdarına və keyfiyyətinə inteqrasiya edilmiş nəzarət nəticəsində əldə edilən HCCI mühərriklərindəki yanma, buji ilə daha sadə alovlanma fonunda həqiqətən böyük bir problemdir. Digər tərəfdən, HCCI-nin benzin və xüsusən dizel mühərrikləri üçün vacib olan həyəcanverici hərəkətlərin eyni vaxtda həcmli olması səbəbindən vacib olan təlatümlü proseslər yaratmasına ehtiyac yoxdur. Eyni zamanda, bu səbəbdən kiçik temperatur sapmaları da kinetik proseslərdə əhəmiyyətli dəyişikliklərə səbəb ola bilər.
Praktikada bu tip mühərrikin gələcəyi üçün ən vacib amil yanacağın növüdür və düzgün dizayn həllini yalnız onun yanma kamerasındakı davranışı haqqında ətraflı məlumat əldə etməklə tapmaq olar. Buna görə də, hazırda bir çox avtomobil şirkətləri neft şirkətləri ilə işləyirlər (məsələn, Toyota və ExxonMobil) və bu mərhələdəki təcrübələrin əksəriyyəti xüsusi hazırlanmış sintetik yanacaqlarla aparılır, tərkibi və davranışı əvvəlcədən hesablanır. HCCI-də benzin və dizel yanacağının istifadəsinin səmərəliliyi klassik mühərriklərin məntiqinə ziddir. Benzinlərin yüksək avtomatik alovlanma temperaturuna görə onlarda sıxılma nisbəti 12:1-dən 21:1-ə qədər dəyişə bilər, daha aşağı temperaturda alovlanan dizel yanacağında isə nisbətən kiçik olmalıdır - cəmi 8 dərəcə. :1.
Mətn: Georgy Kolev
Şəkil: şirkət
