단일 엔진 또는 HCCI 엔진에서 가솔린 및 디젤 엔진 시험 운전: 2부

Mazda는 시리즈에서 처음으로 사용할 것이라고 말합니다.

가솔린과 같은 깨끗한 가스와 디젤 연료의 효율성. 이 기사는 압축 중에 균일 한 혼합 및 자동 점화로 이상적인 엔진을 설계 할 때 발생하는 일에 대해 설명합니다. 디자이너는 단순히 HCCI라고 부릅니다.

지식의 축적

이러한 프로세스의 기초는 일본 엔지니어 Onishi가 "열대기에서 활성 연소" 기술을 개발한 1979년대로 거슬러 올라갑니다. 마당에서 XNUMX는 두 번째 석유 위기의 기간이자 환경 적 성격의 첫 번째 심각한 법적 제한이며 엔지니어의 목표는 당시 일반적인 XNUMX 행정 오토바이를 이러한 요구 사항에 맞추는 것입니다. 경부하 및 부분부하 모드에서는 XNUMX행정 유닛의 실린더에 다량의 배기가스가 저장되는 것으로 알려져 있는데, 일본 디자이너의 아이디어는 유용한 작업을 위해 잔류 가스와 높은 연료 온도가 혼합되는 연소 과정.

처음으로 Onishi 팀의 엔지니어들은 거의 혁신적인 기술을 자체적으로 구현하여 배기 가스 배출을 성공적으로 줄이는 자연 연소 과정을 촉발할 수 있었습니다. 그러나 그들은 엔진 효율성이 크게 향상되었음을 발견했으며 개발이 공개된 직후 Toyota, Mitsubishi 및 Honda에서 유사한 프로세스를 시연했습니다. 디자이너들은 프로토타입의 매우 부드럽고 동시에 고속 연소, 감소된 연료 소비 및 유해한 배출에 놀랐습니다. 1983년에 80행정 자체 점화 엔진의 첫 번째 실험실 샘플이 나타났습니다. 이 엔진에서는 사용된 연료의 화학적 조성과 구성 요소 비율이 절대적으로 알려져 있기 때문에 다양한 작동 모드에서 공정 제어가 가능합니다. 그러나 이러한 프로세스의 분석은 이러한 유형의 엔진에서 화학 프로세스의 동역학으로 인해 수행되고 혼합 및 난류와 같은 물리적 현상이 중요하지 않다는 가정에 기초하고 있기 때문에 다소 원시적입니다. 챔버 부피의 압력, 온도, 연료 및 공기 구성 요소의 농도를 기반으로 하는 프로세스의 최초 분석 모델에 대한 기초가 놓인 것은 700년대였습니다. 설계자들은 이러한 유형의 엔진의 작동이 점화와 체적 에너지 방출이라는 두 가지 주요 부분으로 나눌 수 있다는 결론에 도달했습니다. 연구 결과 분석에 따르면 가솔린 엔진의 유해한 폭발 연소를 담당하는 동일한 저온 예비 화학 공정(과산화물 형성으로 XNUMX도 미만에서 발생)과 주 에너지 방출 과정에 의해 자체 점화가 시작되는 것으로 나타났습니다. 고온 다. 이 조건부 온도 제한 이상에서 수행됩니다.

작업은 온도와 압력의 영향을 받는 전하의 화학적 구조와 구성의 변화 결과에 대한 연구와 연구에 초점을 맞춰야 한다는 것이 분명합니다. 콜드 스타트를 제어할 수 없고 이러한 모드에서 최대 부하에서 작업할 수 없기 때문에 엔지니어는 점화 플러그를 사용합니다. 실제 테스트는 또한 압축비가 상대적으로 낮아야 하고 더 높은 압축에서는 자체 점화 프로세스가 너무 일찍 발생하기 때문에 디젤 연료로 작동할 때 효율성이 더 낮다는 이론을 확인합니다. 압축 행정. 동시에, 디젤 연료를 사용할 때 디젤 연료의 인화성 부분의 증발에 문제가 있으며, 이들의 사전 화염 화학 반응은 고옥탄가 가솔린보다 훨씬 더 두드러진다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 한 가지 더 중요한 점은 HCCI 엔진이 실린더의 해당 희박 혼합물에서 최대 50%의 잔류 가스로 문제없이 작동한다는 것입니다. 이 모든 것에서 휘발유는 이러한 유형의 장치에서 작업하는 데 훨씬 더 적합하며 개발은 이러한 방향으로 진행됩니다.

이러한 프로세스가 실제로 성공적으로 구현 된 실제 자동차 산업에 가까운 최초의 엔진은 1,6 년에 VW 1992 리터 엔진으로 수정되었습니다. 이들의 도움으로 볼프스부르크의 설계자들은 부분 부하에서 효율성을 34 % 높일 수있었습니다. 얼마 후인 1996 년에 HCCI 엔진을 가솔린 및 직접 분사 디젤 엔진과 직접 비교 한 결과 HCCI 엔진은 값 비싼 분사 시스템 없이도 연료 소비량이 가장 낮고 NOx 배출량을 나타 냈습니다. 연료에.

오늘 무슨 일이야

오늘날, 다운사이징 지시에도 불구하고 GM은 HCCI 엔진을 계속 개발하고 있으며 회사는 이러한 유형의 기계가 가솔린 엔진을 개선하는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다. Mazda 엔지니어들도 같은 의견을 가지고 있지만 다음 호에서 이에 대해 이야기하겠습니다. GM과 긴밀히 협력하는 Sandia National Laboratories는 현재 HCCI의 변형인 새로운 워크플로를 개선하고 있습니다. 개발자는 이를 "저온 가솔린 연소"에 대해 LTGC라고 부릅니다. 이전 설계에서 HCCI 모드는 작동 범위가 다소 좁고 현대식 기계에 비해 크기 축소에 큰 이점이 없었기 때문에 과학자들은 어쨌든 혼합물을 계층화하기로 결정했습니다. 다시 말해, 더 많은 디젤과는 대조적으로 정밀하게 통제된 가난하고 부유한 지역을 만드는 것입니다. 세기 전환기의 사건은 작동 온도가 종종 탄화수소와 CO-CO2의 산화 반응을 완료하기에 불충분하다는 것을 보여주었습니다. 혼합물이 농축되고 고갈되면 연소 과정에서 온도가 상승하기 때문에 문제가 제거됩니다. 그러나 질소 산화물의 형성을 시작하지 않을 만큼 충분히 낮습니다. 세기의 전환기에 설계자들은 여전히 HCCI가 질소 산화물을 생성하지 않는 디젤 엔진에 대한 저온 대안이라고 믿었습니다. 그러나 새로운 LTGC 프로세스에서도 생성되지 않습니다. 가솔린은 원래의 GM 프로토타입에서와 같이 이 목적으로도 사용됩니다. 가솔린은 증발 온도가 낮고(공기와 더 잘 혼합됨) 자가 점화 온도가 더 높기 때문입니다. 실험실 설계자에 따르면 LTGC 모드와 최대 부하와 같이 제어하기 어려운 모드에서 스파크 점화를 결합하면 기존의 다운사이징 장치보다 훨씬 더 효율적인 기계를 만들 수 있습니다. Delphi Automotive는 유사한 압축 점화 공정을 개발하고 있습니다. 그들은 연소 과정을 제어하기 위해 희박하고 풍부한 작업을 제공하는 "압축 점화 직접 가솔린 분사"(가솔린 직접 분사 및 압축 점화)를 위한 설계를 GDCI라고 부릅니다. Delphi에서는 복잡한 주입 역학을 가진 인젝터를 사용하여 이 작업을 수행하므로 고갈 및 농축에도 불구하고 혼합물 전체가 그을음을 형성하지 않을 만큼 충분히 희박하고 질소 산화물을 형성하지 않을 정도로 낮은 온도를 유지합니다. 디자이너는 혼합물의 다른 부분을 제어하여 다른 시간에 타도록 합니다. 이 복잡한 과정은 디젤 연료와 유사하며 CO2 배출량이 낮고 NOx 형성은 무시할 수 있습니다. 델파이는 미국 정부로부터 최소 4년 이상의 자금을 추가로 제공했고, 개발에 대한 현대차 등 제조사들의 관심은 멈추지 않을 것임을 의미한다.

Disotto를 기억합시다

Untertürkheim에 있는 Daimler Engine Research Labs 설계자의 개발은 Diesotto라고 불리며 시동 및 최대 부하 모드에서 직접 분사 및 캐스케이드 터보차징의 모든 이점을 사용하여 클래식 가솔린 엔진처럼 작동합니다. 그러나 저속에서 중속 및 한 사이클 내의 부하에서는 전자 장치가 점화 시스템을 끄고 자체 점화 모드 제어 모드로 전환합니다. 이 경우 배기 밸브의 단계가 근본적으로 특성을 변경합니다. 그들은 평소보다 훨씬 짧은 시간에 훨씬 더 적은 행정으로 열립니다. 따라서 배기 가스의 절반만이 연소실을 떠날 시간이 있고 나머지는 실린더에 포함 된 대부분의 열과 함께 의도적으로 실린더에 보관됩니다. . 챔버에서 더 높은 온도를 달성하기 위해 노즐은 발화하지 않지만 가열된 가스와 반응하는 소량의 연료를 분사합니다. 후속 흡입 행정 중에 연료의 새로운 부분이 정확한 양으로 각 실린더에 분사됩니다. 흡기 밸브는 짧은 행정으로 짧게 열리고 정확한 계량된 양의 신선한 공기가 실린더로 유입되어 사용 가능한 가스와 혼합되어 배기 가스 비율이 높은 희박한 연료 혼합물을 생성합니다. 그 다음에는 자체 발화 순간까지 혼합물의 온도가 계속 상승하는 압축 행정이 이어집니다. 연료, 신선한 공기 및 배기 가스의 양을 정밀하게 제어하고 실린더의 압력을 측정하는 센서의 지속적인 정보와 편심 메커니즘을 사용하여 압축비를 즉시 변경할 수 있는 시스템을 통해 공정의 정확한 타이밍을 달성합니다. 크랭크 샤프트의 위치 변경. 그런데 해당 시스템의 작동은 HCCI 모드에 국한되지 않습니다.

이러한 모든 복잡한 작업을 관리하려면 기존 내연 기관에서 발견되는 일반적인 사전 정의된 알고리즘 세트에 의존하지 않고 센서 데이터를 기반으로 실시간 성능 변경을 허용하는 제어 전자 장치가 필요합니다. 작업은 어렵지만 결과는 그만한 가치가 있습니다-238 hp. 1,8리터 Diesotto는 S-Class CO700 배출량이 2g/km이고 엄격한 Euro 127 지침을 준수하는 개념 F6을 보장했습니다.

텍스트 : Georgy Kolev

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