Тест возење дизел и бензин: видови

Напнатата конфронтација меѓу дизел и бензинските мотори ја достигнува својата кулминација. Најновата турбо технологија, електронски контролирани системи за директно вбризгување common-rail, високи коефициенти на компресија – ривалството ги зближува двата типа мотори... И одеднаш, среде антички дуел, на сцената одеднаш се појави нов играч. место под сонцето.

По долгогодишно занемарување, дизајнерите повторно го открија огромниот потенцијал на дизел моторот и го забрзаа неговиот развој преку интензивно воведување на нови технологии. Дојде дотаму што неговите динамични перформанси се приближија до карактеристиките на бензинскиот конкурент и овозможија создавање на досега незамисливи автомобили како што се Фолксваген Рејс Туарег и Ауди Р10 ТДИ со повеќе од сериозни тркачки амбиции. Хронологијата на настаните во последните петнаесет години е добро позната ... Дизел моторите на 1936 не фундаментално се разликуваа од нивните предци, создадени од Мерцедес-Бенц уште во 13 година. Следеше процес на бавна еволуција, кој во последниве години прерасна во моќна технолошка експлозија. Во доцните 1-ти години, Мерцедес го пресоздаде првиот автомобилски турбодизел, во доцните XNUMX-ти години, директно вбризгување дебитираше во моделот Ауди, подоцна дизелите добија глави со четири вентили, а во доцните XNUMX, електронски контролираните системи за вбризгување Common Rail станаа реалност. ... Во меѓувреме, директно вбризгување на гориво под висок притисок е воведено во бензинските мотори, каде што односот на компресија денес достигнува XNUMX: XNUMX во некои случаи. Неодамна, турбо технологијата исто така доживува ренесанса, при што вредностите на вртежниот момент на бензинските мотори почнаа значително да се приближуваат кон вредностите на вртежниот момент на познатиот флексибилен турбо дизел. Сепак, паралелно со модернизацијата, останува постојаната тенденција кон сериозен пораст на цената на бензинскиот мотор ... Значи, и покрај изразените предрасуди и поларизација на мислењата во врска со бензинските и дизел моторите во различни делови на светот, ниту една двата ривали остваруваат опиплива доминација.

И покрај совпаѓањето на квалитетите на двата вида единици, сепак има огромни разлики во природата, карактерот и однесувањето на двата топлински мотори.

Во случај на бензински мотор, мешавината од воздух и испарувано гориво се формира во многу подолг временски период и започнува долго пред почетокот на процесот на согорување. Без разлика дали се користи карбуратор или современи електронски системи за директно вбризгување, целта на мешањето е да се произведе униформа, хомогена мешавина на гориво со добро дефиниран сооднос воздух-гориво. Оваа вредност обично е блиску до таканаречената „стехиометриска мешавина“, во која има доволно атоми на кислород за да може (теоретски) да се поврзат во стабилна структура со секој водород и јаглероден атом во горивото, формирајќи само H20 и CO2. Бидејќи односот на компресија е доволно мал за да се избегне предвремено неконтролирано автоматско палење на некои супстанции во горивото поради високата температура на компресија (фракцијата на бензинот се состои од јаглеводороди со многу пониска температура на испарување и многу повисока температура на согорување). самозапалување од оние во фракцијата на дизелот), палењето на смесата се иницира со свеќичка и согорувањето се јавува во форма на фронт што се движи со одредено ограничување на брзината. За жал, во комората за согорување се формираат зони со нецелосни процеси, што доведува до формирање на јаглерод моноксид и стабилни јаглеводороди, а кога се движи предниот дел на пламенот, притисокот и температурата на неговата периферија се зголемуваат, што доведува до формирање на штетни азотни оксиди ( помеѓу азот и кислород од воздухот), пероксиди и хидропероксиди (помеѓу кислородот и горивото). Акумулацијата на второто до критични вредности доведува до неконтролирано согорување со детонација, затоа, во современите бензини се користат фракции на молекули со релативно стабилна, тешко детонирана хемиска „конструкција“ - се вршат голем број дополнителни процеси. во рафинериите за да се постигне таква стабилност. вклучувајќи го и зголемувањето на октанскиот број на горивото. Поради во голема мера фиксниот сооднос на смесата што можат да работат бензинските мотори, вентилот за гас игра важна улога во нив, со што оптоварувањето на моторот се регулира со прилагодување на количината на свеж воздух. Сепак, тој, пак, станува извор на значителни загуби во режимот на делумно оптоварување, играјќи ја улогата на еден вид „приклучок за грлото“ на моторот.

Идејата на креаторот на дизел моторот, Рудолф Дизел, е значително да го зголеми односот на компресија, а со тоа и термодинамичката ефикасност на машината. Така, површината на комората за гориво се намалува, а енергијата на согорувањето не се троши низ ѕидовите на цилиндерот и системот за ладење, туку се „троши“ помеѓу самите честички, кои во овој случај се многу поблиску до секоја други. Ако претходно подготвената мешавина воздух-гориво влезе во комората за согорување на овој тип мотор, како во случајот со бензински мотор, тогаш кога ќе се постигне одредена критична температура за време на процесот на компресија (во зависност од односот на компресија и видот на горивото ), процесот на самозапалување ќе биде започнат долго пред GMT. неконтролирано волуметриско согорување. Токму поради оваа причина, дизел горивото се вбризгува во последен момент, непосредно пред GMT, при многу висок притисок, што создава значителен недостаток на време за добро испарување, дифузија, мешање, самозапалување и потреба од ограничување на максималната брзина. што ретко ја надминува границата. од 4500 вртежи во минута Овој пристап поставува соодветни барања за квалитетот на горивото, што во овој случај е дел од дизел горивото - главно прави дестилати со значително пониска температура на самозапалување, бидејќи понестабилната структура и долгите молекули се предуслов за нивно полесно руптура и реакција со кислород.

Карактеристика на процесите на согорување на дизел моторот се, од една страна, зони со збогатена мешавина околу дупките за вбризгување, каде горивото се распаѓа (пука) од температура без оксидација, претворајќи се во извор на јаглеродни честички (саѓи), и од друга страна. во кое воопшто нема гориво и под влијание на висока температура, азотот и кислородот на воздухот влегуваат во хемиска интеракција, формирајќи азотни оксиди. Затоа, дизел моторите секогаш се дотеруваат да работат со средно слаби мешавини (т.е. со сериозен вишок на воздух), а товарот се контролира само со дозата на количината на инјектирано гориво. Ова избегнува користење гас, што е огромна предност во однос на нивните бензински колеги. За да компензираат некои недостатоци на бензинскиот мотор, дизајнерите создадоа мотори во кои процесот на формирање на мешавината е таканаречена „стратификација на полнеж“.

Во режим на делумно оптоварување, оптималната стехиометриска мешавина се создава само во областа околу електродите на свеќичката поради специјална инјекција на вбризгуван млаз гориво, насочен проток на воздух, специјален профил на фронтовите на клипот и други слични методи кои обезбедуваат палење доверливост. Во исто време, смесата во поголемиот дел од волуменот на комората останува посно, и бидејќи товарот во овој режим може да се контролира само со количината на испорачаното гориво, вентилот за гас може да остане целосно отворен. Ова, пак, доведува до истовремено намалување на загубите и зголемување на термодинамичката ефикасност на моторот. Во теорија с everything изгледа одлично, но досега успехот на овој тип мотори произведени од Mitsubishi и VW не беше гламурозен. Општо земено, досега никој не може да се пофали дека целосно ги искористи овие технолошки решенија.

И ако „магично“ ги комбинирате предностите на двата типа мотори? Која би била идеалната комбинација на висока компресија на дизелот, хомогена дистрибуција на смесата низ волуменот на комората за согорување и рамномерно самозапалување во ист волумен? Интензивните лабораториски студии на експериментални единици од овој тип во последниве години покажаа значително намалување на штетните емисии во издувните гасови (на пример, количината на азотни оксиди е намалена до 99%!) Со зголемување на ефикасноста во споредба со бензинските мотори . Се чини дека иднината навистина им припаѓа на моторите, кои автомобилските компании и независните дизајнерски компании неодамна ги обединија под чадорот на името HCCI - Мотори со хомогено палење со компресија или хомогени мотори со самопалење.

Како и многу други навидум „револуционерни“ случувања, идејата за создавање ваква машина не е нова, и додека обидите да се создаде сигурен производствен модел се уште се неуспешни. Во исто време, растечките можности за електронска контрола на технолошкиот процес и големата флексибилност на системите за дистрибуција на гас создаваат многу реална и оптимистичка перспектива за нов вид мотор.

Всушност, во овој случај станува збор за еден вид хибрид на принципите на работа на бензинските и дизел моторите. Добро хомогенизирана мешавина, како кај бензинските мотори, влегува во коморите за согорување на HCCI, но таа се самозапалува од топлината од компресијата. Новиот тип на мотор исто така не бара вентил за гас бидејќи може да работи на посни мешавини. Сепак, треба да се напомене дека во овој случај значењето на дефиницијата за „посно“ значително се разликува од дефиницијата за дизел, бидејќи HCCI нема комплетно чиста и високо збогатена мешавина, туку е еден вид на подеднакво слаба смеса. Принципот на работа вклучува истовремено палење на смесата во целиот волумен на цилиндарот без рамномерно движечки пламен пред и на многу пониска температура. Ова автоматски доведува до значително намалување на количината на азотни оксиди и саѓи во издувните гасови и, според голем број авторитативни извори, масовно воведување на многу поефикасни HCCI во сериското автомобилско производство во 2010-2015 година. Saveе го спаси човештвото околу половина милион барели. масло дневно.

Сепак, пред да го постигнат ова, истражувачите и инженерите мора да го надминат најголемиот камен на сопнување во моментот - недостатокот на сигурен начин за контрола на процесите на самозапалување користејќи фракции кои содржат различен хемиски состав, својства и однесување на современите горива. Голем број прашања се предизвикани од задржувањето на процесите при различни оптоварувања, вртежи и температурни услови на моторот. Според некои експерти, ова може да се направи со враќање на прецизно измерената количина на издувни гасови назад во цилиндерот, претходно загревање на смесата или динамичко менување на односот на компресија или директно менување на односот на компресија (на пример, прототипот SVC Saab) или менување на времето на затворање на вентилот со користење на променливи системи за дистрибуција на гас.

Сè уште не е јасно како ќе се отстрани проблемот со бучавата и термодинамичките ефекти врз дизајнот на моторот поради самозапалување на голема количина свежа смеса при целосно оптоварување. Вистинскиот проблем е да се запали моторот на ниска температура во цилиндрите, бидејќи е доста тешко да се иницира самозапалување во такви услови. Во моментов, многу истражувачи работат на отстранување на овие тесни грла користејќи ги резултатите од набљудувањата на прототиповите со сензори за континуирана електронска контрола и анализа на работните процеси во цилиндрите во реално време.

Според експертите од автомобилските компании кои работат во оваа насока, вклучувајќи ги Хонда, Нисан, Тојота и ГМ, веројатно е прво да се создадат комбинирани автомобили кои ќе можат да ги менуваат режимите на работа, а свеќичката ќе се користи како еден вид помошник во случаите. каде што HCCI доживува тешкотии. Volkswagen веќе имплементира слична шема во својот мотор CCS (Combined Combustion System), кој моментално работи само на синтетичко гориво специјално развиено за него.

Палењето на смесата кај моторите HCCI може да се изврши во широк опсег на сооднос помеѓу горивото, воздухот и издувните гасови (доволно е да се достигне температурата на самозапалување), а краткото време на согорување доведува до значително зголемување на ефикасноста на моторот. Некои проблеми на новите типови на единици може успешно да се решат во комбинација со хибридни системи, како што е Hybrid Synergy Drive на Toyota - во овој случај, моторот со внатрешно согорување може да се користи само во одреден режим кој е оптимален во однос на брзината и оптоварувањето. на работа, со што се заобиколуваат режимите во кои моторот се мачи или станува неефикасен.

Согорувањето во моторите HCCI, постигнато преку интегрирана контрола на температурата, притисокот, количината и квалитетот на смесата во позиција близу до GMT, е навистина голем проблем во однос на позадината на многу поедноставно палење со свеќа. Од друга страна, HCCI нема потреба да создава турбулентни процеси, важни за бензинските и особено дизел моторите, поради истовремената волуметриска природа на самозапалување. Во исто време, токму поради оваа причина дури и малите температурни отстапувања можат да доведат до значителни промени во кинетичките процеси.

Во пракса, најважниот фактор за иднината на овој тип мотор е типот на гориво, а правилното дизајнерско решение може да се најде само со детално познавање на неговото однесување во комората за согорување. Затоа, многу автомобилски компании во моментов работат со нафтени компании (како што се Тојота и ЕксонМобил), а повеќето експерименти во оваа фаза се вршат со специјално дизајнирани синтетички горива, чиј состав и однесување се однапред пресметани. Ефикасноста на користење на бензин и дизел гориво во HCCI е спротивна на логиката на класичните мотори. Поради високата температура на автоматско палење на бензините, односот на компресија во нив може да варира од 12:1 до 21:1, а кај дизел горивото, кое се пали на пониски температури, треба да биде релативно мал - од само 8 :1.

Текст: Георги Колев

Фото: компанија