Test drive naftë dhe benzinë: llojet

Përplasja e tensionuar mes motorëve me naftë dhe benzinë ​​arrin kulmin. Teknologjia më e fundit turbo, sistemet e injektimit të drejtpërdrejtë Common-rail të kontrolluara elektronikisht, raportet e larta të kompresimit – rivaliteti afron të dy llojet e motorëve… Dhe befas, në mes të një dueli të lashtë, një lojtar i ri u shfaq papritur në skenë. një vend nën diell.

Pas shumë vitesh neglizhence, projektuesit kanë rizbuluar potencialin e madh të motorit me naftë dhe kanë përshpejtuar zhvillimin e tij përmes futjes intensive të teknologjive të reja. Ai arriti në atë pikë ku performanca e tij dinamike iu afrua karakteristikave të një konkurrenti të benzinës dhe lejoi krijimin e makinave deri më tani të paimagjinueshme si Volkswagen Race Touareg dhe Audi R10 TDI me më shumë se ambicie garash serioze. Kronologjia e ngjarjeve të pesëmbëdhjetë viteve të fundit është e njohur ... Motorët me naftë të 1936 nuk ndryshuan thelbësisht nga paraardhësit e tyre, të krijuar nga Mercedes-Benz në 13. Pasoi një proces evolucioni të ngadaltë, i cili vitet e fundit është shndërruar në një shpërthim të fuqishëm teknologjik. Në fund të viteve 1, Mercedes rikrijoi turbodizelin e parë të automobilave, në fund të viteve XNUMX, injektimi i drejtpërdrejtë debutoi në modelin Audi, më vonë naftë morën koka me katër valvula, dhe në fund të XNUMXs, sistemet e injektimit Common Rail të kontrolluar elektronikisht u bënë realitet. ... Ndërkohë, injeksioni i drejtpërdrejtë i karburantit me presion të lartë është futur në motorët me benzinë, ku raporti i ngjeshjes sot arrin XNUMX: XNUMX në disa raste. Kohët e fundit, teknologjia turbo po përjeton gjithashtu një rilindje, me vlerat e çift rrotullimit të motorëve me benzinë ​​duke filluar t'i afrohen ndjeshëm vlerave të çift rrotullimit të turbo -dizelit të famshëm fleksibël. Sidoqoftë, paralelisht me modernizimin, mbetet një tendencë e qëndrueshme drejt një rritjeje serioze të çmimit të motorit të benzinës ... Pra, pavarësisht paragjykimeve të theksuara dhe polarizimit të opinioneve në lidhje me motorët me benzinë ​​dhe naftë në pjesë të ndryshme të botës, asnjë prej dy rivalët fitojnë një dominim të prekshëm.

Pavarësisht nga koincidenca e cilësive të dy llojeve të njësive, ka ende ndryshime të mëdha në natyrën, karakterin dhe sjelljen e dy motorëve të nxehtësisë.

Në rastin e një motori me benzinë, përzierja e ajrit dhe karburantit të avulluar formohet për një periudhë shumë më të gjatë kohore dhe fillon shumë përpara fillimit të procesit të djegies. Pavarësisht nëse përdorni një karburator ose sisteme moderne elektronike të injektimit të drejtpërdrejtë, qëllimi i përzierjes është të prodhojë një përzierje uniforme, homogjene të karburantit me një raport të mirëpërcaktuar ajër-karburant. Kjo vlerë zakonisht është afër të ashtuquajturës "përzierje stoikiometrike", në të cilën ka mjaft atome oksigjeni që të mund (teorikisht) të lidhen në një strukturë të qëndrueshme me çdo atom hidrogjeni dhe karboni në karburant, duke formuar vetëm H20 dhe CO2. Për shkak se raporti i kompresimit është mjaft i vogël për të shmangur autondezjen e parakohshme të pakontrolluar të disa substancave në karburant për shkak të temperaturës së lartë të kompresimit (fraksioni i benzinës përbëhet nga hidrokarbure me një temperaturë avullimi shumë më të ulët dhe një temperaturë shumë më të lartë djegieje). vetëndezja nga ato në fraksionin e naftës), ndezja e përzierjes inicohet nga një kandele dhe djegia ndodh në formën e një ballore që lëviz me një kufi të caktuar shpejtësie. Fatkeqësisht, në dhomën e djegies formohen zona me procese jo të plota, duke çuar në formimin e monoksidit të karbonit dhe hidrokarbureve të qëndrueshme, dhe kur pjesa e përparme e flakës lëviz, presioni dhe temperatura në periferi të saj rriten, gjë që çon në formimin e oksideve të dëmshme të azotit ( ndërmjet azotit dhe oksigjenit nga ajri), peroksideve dhe hidroperoksideve (midis oksigjenit dhe karburantit). Akumulimi i kësaj të fundit në vlera kritike çon në djegie të pakontrolluar të shpërthimit, prandaj, në benzinat moderne, përdoren fraksione molekulash me një "ndërtim" kimik relativisht të qëndrueshëm, të vështirë për t'u shpërthyer - kryhen një sërë procesesh shtesë. në rafineri për të arritur një stabilitet të tillë. duke përfshirë një rritje të numrit të oktanit të karburantit. Për shkak të raportit kryesisht të fiksuar të përzierjes që mund të funksionojnë motorët me benzinë, valvula e mbytjes luan një rol të rëndësishëm në to, me anë të së cilës ngarkesa e motorit rregullohet duke rregulluar sasinë e ajrit të pastër. Sidoqoftë, ai, nga ana tjetër, bëhet burim i humbjeve të konsiderueshme në modalitetin e ngarkesës së pjesshme, duke luajtur rolin e një lloj "prizë fyti" të motorit.

Ideja e krijuesit të motorit me naftë, Rudolf Diesel, është që të rrisë ndjeshëm raportin e ngjeshjes dhe rrjedhimisht efikasitetin termodinamik të makinës. Kështu, zona e dhomës së karburantit zvogëlohet, dhe energjia e djegies nuk shpërndahet përmes mureve të cilindrit dhe sistemit të ftohjes, por "shpenzohet" midis vetë grimcave, të cilat në këtë rast janë shumë më afër secilës. tjera. Nëse një përzierje e përgatitur paraprakisht ajër-karburant hyn në dhomën e djegies së këtij lloji motori, si në rastin e një motori me benzinë, atëherë kur arrihet një temperaturë e caktuar kritike gjatë procesit të kompresimit (në varësi të raportit të ngjeshjes dhe llojit të karburantit ), procesi i vetëndezjes do të fillojë shumë përpara GMT. djegie vëllimore e pakontrolluar. Është për këtë arsye që karburanti dizel injektohet në momentin e fundit, pak para GMT, në presion shumë të lartë, gjë që krijon një mungesë të konsiderueshme kohe për avullim të mirë, difuzion, përzierje, vetëndezje dhe nevojën për një kufi maksimal të shpejtësisë. që rrallë e kalon kufirin. nga 4500 rpm Kjo qasje vendos kërkesat e duhura për cilësinë e karburantit, i cili në këtë rast është një fraksion i karburantit dizel - kryesisht distilime të drejtpërdrejta me një temperaturë autondezëse dukshëm më të ulët, pasi një strukturë më e paqëndrueshme dhe molekula të gjata janë parakusht për lehtësinë e tyre. këputje dhe reagim me oksigjen.

Një tipar i proceseve të djegies së një motori me naftë janë, nga njëra anë, zonat me një përzierje të pasuruar rreth vrimave të injektimit, ku karburanti zbërthehet (çahet) nga temperatura pa oksidim, duke u kthyer në një burim të grimcave të karbonit (blozë) dhe nga ana tjetër. në të cilën nuk ka karburant fare dhe, nën ndikimin e temperaturës së lartë, azoti dhe oksigjeni i ajrit hyjnë në bashkëveprim kimik, duke formuar okside azoti. Prandaj, motorët me naftë janë gjithmonë të akorduar për të funksionuar me përzierje të dobëta mesatare (domethënë, me një tepricë serioze ajri), dhe ngarkesa kontrollohet vetëm nga dozimi i sasisë së karburantit të injektuar. Kjo shmang përdorimin e mbytjes, e cila është një avantazh i madh ndaj homologëve të tyre të benzinës. Për të kompensuar disa nga mangësitë e një motori benzine, dizajnerët kanë krijuar motorë në të cilët procesi i formimit të përzierjes është i ashtuquajturi "shtresëzimi i ngarkesës".

Në modalitetin e ngarkesës së pjesshme, përzierja stekiometrike optimale krijohet vetëm në zonën përreth elektrodave të prizës për shkak të një injeksioni të veçantë të një avioni karburanti të injektuar, një rrjedhje ajri të drejtuar, një profil të veçantë të fronteve të pistonit dhe metoda të tjera të ngjashme që sigurojnë ndezjen besueshmërinë. Në të njëjtën kohë, përzierja në pjesën më të madhe të vëllimit të dhomës mbetet e dobët, dhe meqenëse ngarkesa në këtë mënyrë mund të kontrollohet vetëm nga sasia e karburantit të furnizuar, valvula e mbytjes mund të mbetet plotësisht e hapur. Kjo, nga ana tjetër, çon në një rënie të njëkohshme të humbjeve dhe një rritje të efikasitetit termodinamik të motorit. Në teori gjithçka duket e mrekullueshme, por deri më tani suksesi i këtij lloji të motorit të prodhuar nga Mitsubishi dhe VW nuk ka qenë joshës. Në përgjithësi, askush deri më tani nuk mund të mburret se ka përfituar plotësisht nga avantazhet e këtyre zgjidhjeve teknologjike.

Dhe nëse kombinoni "magjikisht" avantazhet e dy llojeve të motorëve? Cili do të ishte kombinimi ideal i kompresimit të lartë të naftës, shpërndarjes homogjene të përzierjes në të gjithë vëllimin e dhomës së djegies dhe vetëndezjes uniforme në të njëjtin vëllim? Studimet intensive laboratorike të njësive eksperimentale të këtij lloji vitet e fundit kanë treguar një ulje të ndjeshme të emetimeve të dëmshme në gazrat e shkarkimit (për shembull, sasia e oksideve të azotit zvogëlohet deri në 99%!) Me një rritje të efikasitetit në krahasim me motorët me benzinë. . Duket se e ardhmja me të vërtetë u përket motorëve, të cilët kompanitë e automobilave dhe kompanitë e pavarura të projektimit i kanë bashkuar së fundmi nën emrin ombrellë HCCI - Motorët e ndezjes me kompresim homogjen të ngarkimit ose motorët me vetëndezje me ngarkesë homogjene.

Ashtu si shumë zhvillime të tjera në dukje "revolucionare", ideja e krijimit të një makine të tillë nuk është e re dhe ndërsa përpjekjet për të krijuar një model të besueshëm prodhimi janë ende të pasuksesshme. Në të njëjtën kohë, mundësitë në rritje të kontrollit elektronik të procesit teknologjik dhe fleksibiliteti i madh i sistemeve të shpërndarjes së gazit krijojnë një perspektivë shumë realiste dhe optimiste për një lloj të ri të motorit.

Në fakt, në këtë rast është një lloj hibridi i parimeve të funksionimit të motorëve me benzinë ​​dhe naftë. Një përzierje e homogjenizuar mirë, si në motorët me benzinë, hyn në dhomat e djegies së HCCI, por ajo vetë-ndizet nga nxehtësia nga kompresimi. Lloji i ri i motorit gjithashtu nuk kërkon një valvul mbytëse pasi mund të funksionojë në përzierje të ligët. Sidoqoftë, duhet të theksohet se në këtë rast kuptimi i përkufizimit të "ligët" ndryshon ndjeshëm nga përkufizimi i naftës, pasi HCCI nuk ka një përzierje plotësisht të ligët dhe shumë të pasuruar, por është një lloj përzierjeje e ligët në mënyrë uniforme. Parimi i funksionimit përfshin ndezjen e njëkohshme të përzierjes në të gjithë vëllimin e cilindrit pa një para të flakës në mënyrë të njëtrajtshme dhe në një temperaturë shumë më të ulët. Kjo çon automatikisht në një rënie të konsiderueshme të sasisë së oksideve të azotit dhe blozës në gazrat e shkarkimit dhe, sipas një numri burimesh autoritare, futjen masive të HCCI-ve shumë më efikase në prodhimin serial të automobilave në 2010-2015. Do të shpëtojë njerëzimin rreth gjysmë milion fuçi. vaj çdo ditë.

Megjithatë, përpara se ta arrijnë këtë, studiuesit dhe inxhinierët duhet të kapërcejnë pengesën më të madhe për momentin - mungesën e një mënyre të besueshme për të kontrolluar proceset e autondezjes duke përdorur fraksione që përmbajnë me përbërje kimike të ndryshme, veti dhe sjellje të karburanteve moderne. Një numër pyetjesh shkaktohen nga mbajtja e proceseve në ngarkesa të ndryshme, rrotullime dhe kushte të temperaturës së motorit. Sipas disa ekspertëve, kjo mund të bëhet duke rikthyer përsëri në cilindër një sasi të matur të gazrave të shkarkimit, duke e ngrohur paraprakisht përzierjen ose duke ndryshuar në mënyrë dinamike raportin e kompresimit, ose duke ndryshuar drejtpërdrejt raportin e kompresimit (për shembull, prototipi SVC Saab) ose ndryshimi i kohës së mbylljes së valvulave duke përdorur sisteme të ndryshueshme të shpërndarjes së gazit.

Nuk është ende e qartë se si do të eliminohet problemi i zhurmës dhe efekteve termodinamike në modelin e motorit për shkak të vetëndezjes së një sasie të madhe përzierjeje të freskët me ngarkesë të plotë. Problemi i vërtetë është të ndizni motorin në një temperaturë të ulët në cilindra, pasi është mjaft e vështirë të filloni vetëndezjen në kushte të tilla. Aktualisht, shumë studiues po punojnë për eliminimin e këtyre pengesave duke përdorur rezultatet e vëzhgimeve të prototipave me sensorë për kontroll të vazhdueshëm elektronik dhe analizë të proceseve të punës në cilindra në kohë reale.

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.

Ndezja e përzierjes në motorët HCCI mund të kryhet në një gamë të gjerë raportesh midis karburantit, ajrit dhe gazrave të shkarkimit (mjafton të arrihet temperatura e vetëndezjes), dhe një kohë e shkurtër djegieje çon në një rritje të konsiderueshme të efikasitetit të motorit. Disa probleme të llojeve të reja të njësive mund të zgjidhen me sukses në kombinim me sistemet hibride, siç është Toyota Hybrid Synergy Drive - në këtë rast, motori me djegie të brendshme mund të përdoret vetëm në një mënyrë të caktuar që është optimale për sa i përket shpejtësisë dhe ngarkesës. në punë, duke anashkaluar kështu mënyrat në të cilat motori lufton ose bëhet joefikas.

Djegia në motorët HCCI, e arritur përmes kontrollit të integruar të temperaturës, presionit, sasisë dhe cilësisë së përzierjes në një pozicion afër GMT, është me të vërtetë një problem i madh në sfondin e ndezjes shumë më të thjeshtë me një kandele. Nga ana tjetër, HCCI nuk ka nevojë të krijojë procese të trazuara, të cilat janë të rëndësishme për motorët me benzinë ​​dhe veçanërisht me naftë, për shkak të natyrës volumetrike të njëkohshme të vetë-ndezjes. Në të njëjtën kohë, është për këtë arsye që edhe devijime të vogla të temperaturës mund të çojnë në ndryshime të rëndësishme në proceset kinetike.

Në praktikë, faktori më i rëndësishëm për të ardhmen e këtij lloji motori është lloji i karburantit dhe zgjidhja e saktë e projektimit mund të gjendet vetëm me një njohuri të detajuar të sjelljes së tij në dhomën e djegies. Prandaj, shumë kompani automobilistike aktualisht po punojnë me kompani të naftës (si Toyota dhe ExxonMobil), dhe shumica e eksperimenteve në këtë fazë kryhen me lëndë djegëse sintetike të projektuara posaçërisht, përbërja dhe sjellja e të cilave llogariten paraprakisht. Efikasiteti i përdorimit të benzinës dhe karburantit dizel në HCCI është në kundërshtim me logjikën e motorëve klasikë. Për shkak të temperaturës së lartë të ndezjes automatike të benzinës, raporti i kompresimit në to mund të ndryshojë nga 12:1 në 21:1, dhe në karburantin dizel, i cili ndizet në temperatura më të ulëta, duhet të jetë relativisht i vogël - në rendin e vetëm 8. :1.

Teksti: Georgy Kolev

Foto: kompani