autoExpert




autoExpert » СТАТЬИ » Диагностика, техн. ремонта » Без искры разгорится пламя

Без искры разгорится пламя

Комбинация характеристик дизельного двигателя, включающая более совершенную конструкцию, управляемость и экономию топлива, делает дизельный двигатель выбором №1 в Европе. Однако при всем при том этот тип двигателя далек от совершенства. Несмотря на преимущества аккумуляторной топливной системы высокого давления и турбонаддува, дизельный двигатель способствует более активному, чем в случае бензинового мотора, образованию оксидов азота, а плохое качество фильтров для окиси азота или катализаторов для селективного каталитического восстановления и дизельного сажевого фильтра увеличивают стоимость обслуживания самого двигателя.
Тем временем бензиновые двигатели не сдают позиции. Сейчас ведутся активные разработки в области применения системы компрессионного воспламенения однородной смеси (HCCI) при использовании со стандартным топливом. Процесс сжигания топлива достаточно сложен, однако может привести к снижению уровня СО2 и окиси азота бензиновых двигателей, а также по-прежнему обеспечивать более низкую стоимость обслуживания.
Кроме того, HCCI повышает экономию топлива, поскольку его производительность при частичной нагрузке аналогична производительности дизеля. В ходе данного процесса используется искровое зажигание при запуске двигателя и полной нагрузке, после чего двигатель переключается на компрессионное воспламенение или же контролируемое автоматическое зажигание при частичной нагрузке.
«Для бедных смесей или смесей с высоким показателем рециркуляции отработавших газов максимальная температура газа не должна быть высокой, — поясняет Матиас Рюль, ответственный за разработку двигателей и коробки передач в немецкой инжиниринговой компании Bertrandt AG. — При невысокой нагрузке содержание окиси азота в выхлопных газах двигателя практически равно нулю».
Bertrandt AG осуществляет разработку HCCI для отдельных клиентов и заявляет, что практически все OEM-компании исследуют аналогичные процессы внутреннего сгорания, однако появление этих технологий на рынке ожидается после 2012 года.
«Контроль сгорания, в частности, при работе в условиях переходных процессов, является одной из основных задач», — заявляет Рюль. Вывод на рынок конструкций ДВС с переменной степенью сжатия целесообразно при показателях переменной степени сжатия от 14:1 до 18:1 для HCCI и около 11:1 для традиционных двигателей.
На выставке во Франкфурте компания Daimler AG представила свой HCCI-двигатель на концепт-каре Mercedes F700. Данный двигатель, названный дизотто (Diesotto), обладает емкостью 1,8 л, двухрежимным наддувом, а также изменяемой степенью сжатия. Это позволяет получать175 кВт или 400 Нм для четырех цилиндров, что соответствует стандарту контроля выхлопных газов Euro 6.
«Наиболее сложной задачей является размещение данных технологий в обычном двигателе, — говорит д-р Леопольд Микулич, вице-президент по развитию двигателей и коробок передач Mercedes. — Система состоит из модульных компонентов. Некоторые из них, такие как прямой впрыск топлива, мы используем уже сегодня. В скором времени должен появиться турбокомпрессор нового поколения, а затем и двигатель с переменной степенью сжатия. Думаю, в широкой практике все эти нововведения станут повсеместной нормой уже в 2010 году».
Тем не менее двигатель Mercedes обладает отличными показателями и использует механизм изменения степени сжатия, встроенный в систему коленчатого вала, уже сегодня. Однако для достижения этого результата могут использоваться и другие технические решения — в зависимости от функции, веса и интеграции в дорабатываемые двигатели. Микулич полагает, что наиболее вероятным коэффициентом сжатия является 9:1 и 14:1, но этот показатель вполне может достигать и 15:1.
Обойтись без переменной степени сжатия можно за счет уменьшения объема, но Микулич не считает такой подход шагом вперед. «Идя по данному пути, характеристики двигателя ухудшаются при в наиболее востребованных режимах работы двигателя, — объясняет он. — Для того чтобы значительно улучшить общие рабочие характеристики двигателя, следует использовать именно ресурс изменения степени сжатия».
Компания GM разработала прототип двигателей HCCI, которые устанавливаются на автомобили Opel Vectra. Как правило, эти двигатели имеют четыре цилиндра и объем 2.2 литра, обладают мощностью 134 кВт/230 Нм, а показатель сжатия составляет 12.2:1.
«Переменное сжатие не применяется в наших двигателях. В этом просто нет необходимости. Основная проблема HCCI — воспламенение смеси в цилиндре, для которого необходимо превысить определенную температуру, — говорит д-р Уве Гребе, исполнительный руководитель перспективного проектирования двигателя и коробки передач в компании GM. — Аналогичной изменению степени сжатия эффективности можно добиться путем смешивания отработавшего и свежего газа, что позволяет достичь необходимой температуры смеси и повысить интенсивность сжатия».
В компании GM рассматривалась перспектива применения переменной степени сжатия. В результате выбор был сделан в пользу контроля HCCI без этих систем. Д-р Гребе считает, что добиться серьезного улучшения при использовании переменного сжатия невозможно, поэтому не следует дополнительно усложнять конструкцию мотора.
Разработанный GM двигатель HCCI по сравнению с аналогами увеличивает экономию топлива в смешанном цикле на 15%. «Наш вариант превосходит результат применения послойного распределения заряда топлива в двигателе с прямым впрыском, — утверждает Гребе. — Однако использование этого типа двигателя дает лишь незначительную экономию топлива. По нашему мнению, турбонаддув также может способствовать улучшению рабочих характеристик HCCI при полной рабочей нагрузке при уменьшении размеров двигателя. Так что данный тип двигателя – это уже значительный шаг вперед».
Термический КПД двигателя HCCI не может сравниться с соответствующим показателем дизельного двигателя, однако достаточно близок к нему. Гребе полагает, что данный двигатель позволяет добиться показателя эффективности 80% и при этом имеет менее сложную, чем дизельный двигатель, конструкцию.
«Перед тем как усовершенствовать характеристики двигателя HCCI, надо создать условия для его широкого применения. В сочетании с прямым впрыском топлива данная система позволяет обеспечить быструю синхронизацию кулачков, использовать механизм контроля клапанов и двухступенчатый замер давления с замкнутым циклом, — рассказывает Гребе. — Осуществление контроля является очень важным для HCCI, поскольку подразумевает измерение давления в цилиндрах и отслеживание изменений движения клапана и впрыска в каждом отдельном такте, что позволяет обеспечить управление моментом времени самовоспламенения смеси».
Блок управления двигателем считывает и отслеживает давление в каждом цилиндре. Алгоритмы контроля обеспечивают синхронизацию кулачков при впуске и выпуске, а также своевременный впрыск топлива. В связи с этим двигатель имеет сложное устройство. «Для искрового зажигания необходимо лишь определить момент, когда требуется подать искру, — объясняет Гребе. — В основе работы HCCI используется сразу три взаимосвязанных и взаимозависимых механизма контроля».
И Mercedes, и GM используют слежение за давлением в двигателе посредством пьезорезистивных устройств, которые сходны с уже известными системами. Обе компании планируют использовать данные технологии при производстве дизельных двигателей. Датчики могут встраиваться в свечи зажигания, однако, как считает Гребе, высокое электрическое напряжение может искажать выходной сигнал.
Обеспечение точного контроля рециркуляции отработавших газов также является необходимым условием. Посредством клапана рециркуляции отработавших газов и быстрым изменением положения регулируемого клапана можно обеспечить поцикловый контроль отработавших газов, находящихся внутри цилиндра. «Наш коэффициент рециркуляции отработавших газов выше, чем в обычном двигателе с турбонаддувом и прямым впрыском топлива, примерно на 50-60%», — сообщает Микулич.
Способны ли двигатели функционировать в режиме HCCI вплоть до достижения полной нагрузки, повышая тем самым уровень эффективности работы? Пока что нет, считает в Bertrandt AG. «Механическое напряжение, вызванное ускоренным процессом возгорания, будет слишком высоким», — полагает Рюль. Тестирование автомобиля на шум и вибрации при езде полностью подтверждает это предположение.
В GM согласны с таким заявлением и добавляют, что остаточные отработавшие газы снижают эффективность новой системы при полной нагрузке, за исключением случаев применения двигателей с турбонаддувом. Однако Гребе добавляет: «Преимущества от использования подобной системы сомнительны, поскольку аналогичное количество энергии расходуется на сжатие газа».
В Daimler AG полагают использование данной системы возможным, основывая это мнение на знании принципов термодинамики. Однако обеспечение правильного функционирования всех параметров является чрезвычайно сложной задачей. «Максимальный крутящий момент требует значительного количества свежего воздуха, — говорит Микулич. — А поступление достаточного количества воздуха зависит от коэффициента давления турбокомпрессора».
Работа при полной нагрузке является еще одной проблемой. Дополнительный объем используется и в стандартных двигателях с турбонаддувом, что снижает их эффективность. Конечно, стоило бы подумать о снижении коэффициента сжатия, однако это также пагубно сказывается на эффективности. Поэтому Микулич считает, что следует искать компромисс между своевременным запуском искры и коэффициентом сжатия.
Стоимость бензинового двигателя должна оставаться ниже дизельного двигателя. Конструкция двигателя не должна быть проще, а применение некоторых решений, таких как слежение за давлением в цилиндрах, — запланировано и для дизельных двигателей с целью увеличения рентабельности последних.
Микулич считает, что стоимость двигателя дизотто будет выше стоимости стандартного бензинового и ниже стоимости стандартного дизельного двигателя при равном номинальном крутящем моменте. «Основа двигателя полностью состоит из алюминия. Таким образом, наш двигатель имеет преимущество в массе по сравнению со стандартным дизелем», — добавляет он.

Обеспечение правильного функционирования всех параметров является чрезвычайно сложной задачей, а значит, дальнейшее усовершенствование и настройка двигателя HCCI требует от разработчиков немалых усилий.
Представитель Bertrandt AG также осторожен в своих заявлениях. «Мы считаем, что четырехцилиндровый двигатель HCCI будет аналогичен дизельному двигателю, однако его дальнейшее усовершенствование и настройка требует больших усилий», — заявляет Рюль.
GM и Mercedes производят большое количество шикарных автомобилей и внедорожников, где HCCI могла бы способствовать значительному снижению среднего уровня выбросов CO2. Данное внедрение может потребовать разработки многокорпусных установок, однако инженеры хотят упростить процесс. «Нашей основной целью на данный момент является четырехцилиндровый двигатель дизотто, — говорит Микулич, — Однако мы начали проводить исследования по внедрению различных систем сжатия в V6 и V8, что очень сложно реализовать на практике».
Гребе также подтверждает наличие планов по использованию рядного четырехцилиндрового двигателя для первых серийных моделей GM. «Данную систему можно внедрить в двигатель любой конфигурации. Однако система контроля все-таки зависит от количества цилиндров, — говорит он. — Если мне придется запускать систему в серийное производство, я бы не стал использовать ее в V8».
По материалам www.ae-plus.com
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 0)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Май 2018 (15)
Апрель 2018 (26)
Март 2018 (26)
Февраль 2018 (21)
Январь 2018 (9)
Декабрь 2017 (26)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42