Jaribio la gari la dizeli na petroli: aina

Mzozo mkali kati ya injini za dizeli na petroli unafikia kilele chake. Teknolojia ya hivi karibuni ya turbo, mifumo ya sindano ya reli ya kawaida inayodhibitiwa kielektroniki, uwiano wa juu wa mgandamizo - ushindani huleta aina mbili za injini karibu… Na ghafla, katikati ya duwa ya zamani, mchezaji mpya alitokea ghafla kwenye eneo la tukio. mahali chini ya jua.

Baada ya miaka mingi ya kutelekezwa, wabuni wamegundua tena uwezo mkubwa wa injini ya dizeli na kuharakisha maendeleo yake kupitia kuanzishwa kwa teknolojia mpya. Ilifikia hatua kwamba utendaji wake wa nguvu ulikaribia sifa za mshindani wa petroli na ikaruhusu uundaji wa magari yasiyofikirika hadi sasa kama Volkswagen Race Touareg na Audi R10 TDI na matarajio makubwa zaidi ya mbio. Mpangilio wa matukio ya miaka kumi na tano iliyopita inajulikana ... Injini za dizeli za 1936 hazikuwa tofauti kabisa na babu zao, iliyoundwa na Mercedes-Benz huko 13. Mchakato wa mageuzi polepole ulifuata, ambao katika miaka ya hivi karibuni umekua mlipuko mkubwa wa kiteknolojia. Mwishoni mwa miaka ya 1, Mercedes aliunda tena turbodiesel ya kwanza ya gari, mwishoni mwa XNUMXs, sindano ya moja kwa moja iliyojitokeza katika mfano wa Audi, baadaye dizeli zilipokea vichwa vya valve nne, na mwishoni mwa miaka ya XNUM, mifumo ya sindano ya Reli ya Kawaida iliyodhibitiwa na umeme ikawa ukweli. ... Wakati huo huo, sindano ya mafuta ya shinikizo la moja kwa moja imeingizwa katika injini za petroli, ambapo uwiano wa kukandamiza leo hufikia XNUMX: XNUMX katika hali zingine. Hivi karibuni, teknolojia ya turbo pia inakabiliwa na ufufuo, na maadili ya wakati wa injini za petroli zinaanza kukaribia kwa kiasi kikubwa maadili ya wakati wa dizeli maarufu ya turbo. Walakini, sambamba na kisasa, mwelekeo thabiti kuelekea kupanda kwa gharama kubwa ya injini ya petroli unabaki ... Kwa hivyo, licha ya ubaguzi uliotamkwa na ubaguzi wa maoni kuhusu injini za petroli na dizeli katika sehemu tofauti za ulimwengu, wapinzani hao wawili wanapata tawala inayoonekana.

Licha ya bahati mbaya ya sifa za aina mbili za vitengo, bado kuna tofauti kubwa katika maumbile, tabia na tabia ya injini mbili za joto.

Katika kesi ya injini ya petroli, mchanganyiko wa hewa na mafuta ya evaporated huundwa kwa muda mrefu zaidi na huanza muda mrefu kabla ya kuanza kwa mchakato wa mwako. Ikiwa unatumia kabureta au mifumo ya kisasa ya sindano ya elektroniki ya moja kwa moja, lengo la kuchanganya ni kutoa mchanganyiko wa mafuta sawa, homogenous na uwiano uliofafanuliwa vizuri wa mafuta ya hewa. Thamani hii kawaida iko karibu na ile inayoitwa "mchanganyiko wa stoichiometric", ambamo kuna atomi za oksijeni za kutosha kuweza (kinadharia) kushikamana katika muundo thabiti na kila atomi ya hidrojeni na kaboni kwenye mafuta, na kutengeneza H20 na CO2 tu. Kwa sababu uwiano wa mgandamizo ni mdogo vya kutosha kuzuia kuwashwa kiotomatiki bila kudhibitiwa mapema kwa baadhi ya vitu kwenye mafuta kwa sababu ya halijoto ya juu ya mgandamizo (sehemu ya petroli inajumuisha hidrokaboni zenye joto la chini sana la uvukizi na joto la juu zaidi la mwako). kujiwasha kutoka kwa wale walio katika sehemu ya dizeli), kuwasha kwa mchanganyiko huanzishwa na kuziba cheche na mwako hutokea kwa namna ya mbele kusonga kwa kasi fulani. Kwa bahati mbaya, kanda zilizo na michakato isiyokamilika huundwa kwenye chumba cha mwako, na kusababisha malezi ya monoxide ya kaboni na hidrokaboni thabiti, na wakati moto wa mbele unasonga, shinikizo na joto kwenye pembeni yake huongezeka, ambayo husababisha malezi ya oksidi za nitrojeni hatari. kati ya nitrojeni na oksijeni kutoka kwa hewa), peroxides na hidroperoksidi (kati ya oksijeni na mafuta). Mkusanyiko wa mwisho kwa maadili muhimu husababisha mwako usiodhibitiwa wa mlipuko, kwa hivyo, katika petroli za kisasa, sehemu za molekuli zilizo na "ujenzi" wa kemikali thabiti, ngumu-kulipua hutumiwa - michakato kadhaa ya ziada hufanywa. kwenye mitambo ya kusafishia mafuta ili kufikia utulivu huo. ikiwa ni pamoja na ongezeko la idadi ya octane ya mafuta. Kutokana na uwiano wa mchanganyiko uliowekwa kwa kiasi kikubwa ambao injini za petroli zinaweza kukimbia, valve ya koo ina jukumu muhimu ndani yao, ambayo mzigo wa injini umewekwa kwa kurekebisha kiasi cha hewa safi. Walakini, hiyo, kwa upande wake, inakuwa chanzo cha hasara kubwa katika hali ya mzigo wa sehemu, ikicheza jukumu la aina ya "kuziba koo" ya injini.

Wazo la muundaji wa injini ya dizeli, Rudolf Diesel, ni kuongeza kwa kiasi kikubwa uwiano wa compression, na hivyo ufanisi wa thermodynamic wa mashine. Kwa hivyo, eneo la chumba cha mafuta hupungua, na nishati ya mwako haipatikani kupitia kuta za silinda na mfumo wa baridi, lakini "hutumiwa" kati ya chembe zenyewe, ambazo katika kesi hii ziko karibu zaidi na kila mmoja. nyingine. Ikiwa mchanganyiko wa mafuta ya hewa ulioandaliwa tayari huingia kwenye chumba cha mwako cha aina hii ya injini, kama ilivyo kwa injini ya petroli, basi wakati joto fulani muhimu linafikiwa wakati wa mchakato wa kushinikiza (kulingana na uwiano wa compression na aina ya mafuta). ), mchakato wa kujiwasha utaanzishwa muda mrefu kabla ya GMT. mwako usio na udhibiti wa volumetric. Ni kwa sababu hii kwamba mafuta ya dizeli hudungwa wakati wa mwisho, muda mfupi kabla ya GMT, kwa shinikizo la juu sana, ambayo inaleta ukosefu mkubwa wa muda wa uvukizi mzuri, uenezaji, kuchanganya, kujiwasha na haja ya kikomo cha kasi ya juu. ambayo mara chache huzidi kikomo. kutoka 4500 rpm Njia hii inaweka mahitaji sahihi kwa ubora wa mafuta, ambayo katika kesi hii ni sehemu ya mafuta ya dizeli - hasa distillates moja kwa moja na joto la chini la autoignition, kwa kuwa muundo usio na imara zaidi na molekuli ndefu ni sharti la urahisi wao. kupasuka na mmenyuko na oksijeni.

Kipengele cha michakato ya mwako wa injini ya dizeli, kwa upande mmoja, ni maeneo na mchanganyiko wenye utajiri karibu na mashimo ya sindano, ambapo mafuta hutengana (nyufa) kutoka kwa joto bila oxidation, na kugeuka kuwa chanzo cha chembe za kaboni (masizi), na kwa upande mwingine. ambayo hakuna mafuta kabisa na, chini ya ushawishi wa joto la juu, nitrojeni na oksijeni ya hewa huingia mwingiliano wa kemikali, na kutengeneza oksidi za nitrojeni. Kwa hivyo, injini za dizeli zinawekwa kila wakati ili kufanya kazi na mchanganyiko wa konda wa wastani (ambayo ni, na kupita kiasi kwa hewa), na mzigo unadhibitiwa tu na kipimo cha kiwango cha mafuta yaliyoingizwa. Hii inepuka kutumia kaba, ambayo ni faida kubwa kuliko wenzao wa petroli. Ili kulipa fidia mapungufu ya injini ya petroli, wabuni wameunda injini ambazo mchakato wa kutengeneza mchanganyiko ni kile kinachoitwa "utaftaji wa malipo".

Katika hali ya mzigo mdogo, mchanganyiko mzuri wa stoichiometric huundwa tu katika eneo karibu na elektroni za cheche kwa sababu ya sindano maalum ya ndege ya sindano, mtiririko wa hewa ulioelekezwa, wasifu maalum wa pande za pistoni na njia zingine zinazofanana zinazohakikisha kuwaka kuegemea. Wakati huo huo, mchanganyiko katika sehemu nyingi za chumba hubaki konda, na kwa kuwa mzigo katika hali hii unaweza kudhibitiwa tu na kiwango cha mafuta uliyopewa, valve ya koo inaweza kubaki wazi kabisa. Hii, kwa upande wake, inasababisha kupungua kwa hasara kwa wakati mmoja na kuongezeka kwa ufanisi wa injini ya joto. Kwa nadharia kila kitu kinaonekana vizuri, lakini hadi sasa mafanikio ya aina hii ya injini iliyotengenezwa na Mitsubishi na VW hayakuwa ya kupendeza. Kwa ujumla, hadi sasa hakuna mtu anayeweza kujivunia kuwa ametumia faida kamili ya suluhisho hizi za kiteknolojia.

Na ikiwa "kichawi" unachanganya faida za aina mbili za injini? Je! ni mchanganyiko gani bora wa ukandamizaji wa juu wa dizeli, usambazaji sawa wa mchanganyiko katika kiasi cha chumba cha mwako na kujiwasha kwa sare kwa kiasi sawa? Uchunguzi wa kina wa maabara wa vitengo vya majaribio ya aina hii katika miaka ya hivi karibuni umeonyesha kupunguzwa kwa kiasi kikubwa kwa uzalishaji wa madhara katika gesi za kutolea nje (kwa mfano, kiasi cha oksidi za nitrojeni hupunguzwa hadi 99%!) Kwa kuongezeka kwa ufanisi ikilinganishwa na injini za petroli. . Inaonekana kwamba siku zijazo kwa hakika ni za injini, ambazo kampuni za magari na kampuni huru za usanifu zimeunganishwa pamoja hivi majuzi chini ya jina la mwavuli HCCI - Injini za Kuwasha kwa Chaji Homogeneous au Injini za Kujiwasha za Chaji Homogeneous.

Kama maendeleo mengine mengi yanayoonekana kama "mapinduzi", wazo la kuunda mashine kama hiyo sio mpya, na wakati majaribio ya kuunda mtindo wa uzalishaji wa kuaminika bado hayajafanikiwa. Wakati huo huo, uwezekano unaokua wa udhibiti wa elektroniki wa mchakato wa kiteknolojia na ubadilishaji mkubwa wa mifumo ya usambazaji wa gesi huunda matarajio ya kweli na matarajio ya aina mpya ya injini.

Kwa kweli, katika kesi hii ni aina ya mseto wa kanuni za utendaji wa injini za petroli na dizeli. Mchanganyiko wa homogenized vizuri, kama vile injini za petroli, huingia kwenye vyumba vya mwako wa HCCI, lakini hujiwasha na joto kutoka kwa ukandamizaji. Aina mpya ya injini pia haiitaji valve ya kukaba kwani inaweza kukimbia kwenye mchanganyiko mwembamba. Walakini, ikumbukwe kwamba katika kesi hii maana ya ufafanuzi wa "konda" hutofautiana sana na ufafanuzi wa dizeli, kwani HCCI haina mchanganyiko wa konda kabisa na utajiri sana, lakini ni aina ya mchanganyiko sare uliokonda. Kanuni ya operesheni inajumuisha kuwaka kwa mchanganyiko wakati huo huo kwa ujazo mzima wa silinda bila mbele inayowaka sawia na kwa joto la chini sana. Hii moja kwa moja inasababisha kupungua kwa kiwango cha oksidi za nitrojeni na masizi katika gesi za kutolea nje, na, kulingana na vyanzo kadhaa vya mamlaka, kuanzishwa kwa HCCI nyingi zaidi katika utengenezaji wa magari mfululizo mnamo 2010-2015. Itaokoa ubinadamu karibu mapipa milioni nusu. mafuta kila siku.

Walakini, kabla ya kufikia hili, watafiti na wahandisi lazima washinde kikwazo kikubwa zaidi kwa sasa - ukosefu wa njia ya kuaminika ya kudhibiti michakato ya kujiwasha kwa kutumia sehemu zenye muundo tofauti wa kemikali, mali na tabia ya mafuta ya kisasa. Maswali kadhaa husababishwa na kizuizi cha michakato katika mizigo mbalimbali, mapinduzi na hali ya joto ya injini. Kulingana na wataalamu wengine, hii inaweza kufanywa kwa kurudisha kiasi kilichopimwa cha gesi za kutolea nje kwenye silinda, kuwasha mchanganyiko, au kubadilisha kwa nguvu uwiano wa compression, au kubadilisha moja kwa moja uwiano wa compression (kwa mfano, mfano wa SVC Saab) au kubadilisha muda wa kufunga valve kwa kutumia mifumo tofauti ya usambazaji wa gesi.

Bado haijulikani jinsi shida ya kelele na athari za thermodynamic kwenye muundo wa injini kwa sababu ya kuwasha kwa kiasi kikubwa cha mchanganyiko safi kwenye mzigo kamili itaondolewa. Shida halisi ni kuanza injini kwa joto la chini kwenye mitungi, kwani ni ngumu sana kuanzisha kuwasha katika hali kama hizi. Hivi sasa, watafiti wengi wanafanya kazi ili kuondoa vikwazo hivi kwa kutumia matokeo ya uchunguzi wa prototypes na sensorer kwa udhibiti wa elektroniki unaoendelea na uchambuzi wa michakato ya kufanya kazi katika mitungi kwa wakati halisi.

Kulingana na wataalam kutoka kwa kampuni za magari zinazofanya kazi katika mwelekeo huu, pamoja na Honda, Nissan, Toyota na GM, kuna uwezekano kwamba magari ya mchanganyiko yataundwa kwanza ambayo yanaweza kubadili njia za kufanya kazi, na plug itatumika kama aina ya msaidizi katika kesi. ambapo HCCI inakabiliwa na matatizo. Volkswagen tayari inatumia mpango kama huo katika injini yake ya CCS (Mfumo wa Mwako Mchanganyiko), ambayo kwa sasa inaendesha tu kwa mafuta ya syntetisk iliyoundwa mahsusi kwa ajili yake.

Kuwaka kwa mchanganyiko katika injini za HCCI kunaweza kufanywa kwa uwiano mbalimbali kati ya mafuta, hewa na gesi za kutolea nje (inatosha kufikia joto la autoignition), na muda mfupi wa mwako husababisha ongezeko kubwa la ufanisi wa injini. Shida zingine za aina mpya za vitengo zinaweza kutatuliwa kwa mafanikio pamoja na mifumo ya mseto, kama vile Hifadhi ya Hybrid Synergy ya Toyota - katika kesi hii, injini ya mwako wa ndani inaweza kutumika tu katika hali fulani ambayo ni sawa kwa suala la kasi na mzigo. kazini, na hivyo kupitisha njia ambazo injini inajitahidi au inakuwa isiyofaa.

Mwako katika injini za HCCI, zilizopatikana kupitia udhibiti wa pamoja wa joto, shinikizo, wingi na ubora wa mchanganyiko katika nafasi karibu na GMT, kwa kweli ni shida kubwa dhidi ya msingi wa moto rahisi na kuziba kwa cheche. Kwa upande mwingine, HCCI haina haja ya kuunda michakato ya misukosuko, ambayo ni muhimu kwa petroli na haswa injini za dizeli, kwa sababu ya hali ya volumetric ya wakati huo huo ya kuwaka moto. Wakati huo huo, ni kwa sababu hii hata upungufu mdogo wa joto unaweza kusababisha mabadiliko makubwa katika michakato ya kinetic.

Katika mazoezi, jambo muhimu zaidi kwa siku zijazo za aina hii ya injini ni aina ya mafuta, na ufumbuzi sahihi wa kubuni unaweza kupatikana tu kwa ujuzi wa kina wa tabia yake katika chumba cha mwako. Kwa hiyo, makampuni mengi ya magari kwa sasa yanafanya kazi na makampuni ya mafuta (kama vile Toyota na ExxonMobil), na majaribio mengi katika hatua hii yanafanywa na mafuta maalum ya synthetic, muundo na tabia ambayo huhesabiwa mapema. Ufanisi wa kutumia petroli na mafuta ya dizeli katika HCCI ni kinyume na mantiki ya injini za classic. Kwa sababu ya joto la juu la kuwasha otomatiki la petroli, uwiano wa compression ndani yao unaweza kutofautiana kutoka 12: 1 hadi 21: 1, na katika mafuta ya dizeli, ambayo huwaka kwa joto la chini, inapaswa kuwa ndogo - kwa utaratibu wa 8 tu. :1.

Nakala: Georgy Kolev

Picha: kampuni