在单引擎或 HCCI 引擎中试驾汽油和柴油引擎：第 2 部分

马自达表示他们将是第一个在系列赛中使用它的人

具有清洁气体，如汽油和柴油的效率。本文是关于设计理想的发动机在压缩期间具有均匀混合和自燃的情况。设计人员将其简称为HCCI。

知识积累

这种工艺的基础可以追溯到七十年代，当时日本工程师 Onishi 开发了他的技术“热大气中的活性燃烧”。在院子里，1979 年是第二次石油危机时期，也是第一个严重的环境性质法律限制时期，工程师的目标是使当时常见的二冲程摩托车符合这些要求。众所周知，在轻载和部分负荷模式下，二冲程机组的气缸中会储存大量的废气，而日本设计师的想法是将其劣势转化为优势，创造一个残余气体和高燃料温度混合以做有用功的燃烧过程。

大西团队的工程师第一次能够实施一项几乎革命性的技术本身，触发自燃过程，真正成功地减少了废气排放。然而，他们还发现发动机效率显着提高，并且在开发成果公布后不久，丰田、三菱和本田也展示了类似的流程。设计师们对原型机中极其平稳且同时高速的燃烧、降低的燃料消耗和有害排放感到惊讶。 1983 年，出现了第一批四冲程自燃发动机的实验室样品，由于所用燃料的化学成分和成分比例是绝对已知的，因此可以在各种操作模式下进行过程控制。然而，对这些过程的分析有些原始，因为它基于这样的假设：在这种类型的发动机中，这些过程是由于化学过程的动力学而进行的，而混合和湍流等物理现象是微不足道的。正是在 80 年代，第一个基于腔室容积中燃料和空气成分的压力、温度和浓度的过程分析模型奠定了基础。设计者得出的结论是，此类发动机的运行可分为两个主要部分——点火和体积能量释放。研究结果分析表明，自燃是由相同的低温初步化学过程（在 700 度以下发生并形成过氧化物）引发的，该过程负责汽油发动机中有害的爆震燃烧，以及释放主要能量的过程是高温的。并在高于此条件温度限制的情况下执行。

显然，工作重点应放在温度和压力影响下装药化学结构和成分变化结果的研究和研究上。由于无法控制冷启动和在这些模式下以最大负载工作，工程师们求助于使用火花塞。实际测试也证实了使用柴油运行时效率较低的理论，因为压缩比必须相对较低，而在较高的压缩比下，自燃过程发生得太早。压缩冲程。同时，事实证明，使用柴油燃料时，柴油燃料的易燃馏分存在蒸发问题，并且它们的预燃化学反应比使用高辛烷值汽油要明显得多。还有一点非常重要 - 事实证明，HCCI 发动机在气缸中相应稀薄混合物中残留气体高达 50% 的情况下也能正常工作。从这一切可以看出，汽油更适合在这种类型的装置中工作，并且朝着这个方向发展。

在实践中成功实现了这些过程的第一个接近于实际汽车行业的发动机是1,6年改良的大众1992升发动机。在他们的帮助下，来自沃尔夫斯堡的设计师在部分负荷下能够将效率提高34％。不久之后的1996年，HCCI发动机与汽油发动机和直接喷射柴油发动机的直接比较表明，HCCI发动机显示出最低的燃油消耗和NOx排放，而无需昂贵的喷射系统。加油。

今天怎么了

今天，尽管有缩小规模的指令，通用汽车仍在继续开发 HCCI 发动机，该公司认为这种类型的机器将有助于改进汽油发动机。马自达工程师也持有同样的观点，但我们将在下一期讨论。在桑迪亚国家实验室，与 GM 密切合作，他们目前正在完善一个新的工作流程，这是 HCCI 的一个变体。开发人员将其称为“低温汽油燃烧”的 LTGC。由于在以前的设计中，HCCI 模式仅限于相当窄的操作范围，并且在减小尺寸方面与现代机器相比没有太大优势，因此科学家们决定无论如何都要对混合物进行分层。换句话说，创造精确控制的贫困地区和富裕地区，但与更多的柴油形成对比。世纪之交的事件表明，操作温度通常不足以完成碳氢化合物和 CO-CO2 的氧化反应。当混合物被浓缩和耗尽时，问题就消除了，因为它的温度在燃烧过程中升高。然而，它仍然足够低，不会引发氮氧化物的形成。在世纪之交，设计人员仍然认为 HCCI 是柴油发动机的低温替代品，不会产生氮氧化物。但是，它们也不是在新的 LTGC 进程中创建的。汽油也用于此目的，就像在原始 GM 原型中一样，因为它具有较低的汽化温度（并且与空气的混合性更好）但自燃温度较高。根据实验室设计人员的说法，LTGC 模式和火花点火在更不利和难以控制的模式（例如满载）中的组合将导致机器比现有的小型化装置更有效率。德尔福汽车公司正在开发一种类似的压缩点火工艺。他们将他们的设计称为 GDCI，即“压缩点火直接汽油喷射”（Gasoline Direct Injection and Compression Ignition），它还提供稀薄和丰富的工作来控制燃烧过程。在 Delphi 中，这是使用具有复杂喷射动力学的喷射器来完成的，因此，尽管耗尽和富集，混合物作为一个整体仍然保持稀薄，不会形成烟灰，并且温度足够低，不会形成氮氧化物。设计师控制混合物的不同部分，使它们在不同的时间燃烧。这个复杂的过程类似于柴油燃料，二氧化碳排放量低，氮氧化物的形成可以忽略不计。德尔福已经从美国政府那里提供了至少 2 年的资金，现代等制造商对其发展的兴趣意味着他们不会停止。

让我们记住迪索托

位于 Untertürkheim 的戴姆勒发动机研究实验室的设计师开发的产品称为 Diesotto，在启动和最大负载模式下，它的工作方式类似于经典汽油发动机，利用了直喷和级联涡轮增压的所有优势。然而，在一个周期内的低到中速和负载下，电子设备将关闭点火系统并切换到自点火模式控制模式。在这种情况下，排气门的相位从根本上改变了它们的特性。它们打开的时间比平时短得多，冲程也大大减少 - 因此只有一半的废气有时间离开燃烧室，其余的废气连同其中包含的大部分热量有意保留在气缸中. 为了在腔室中获得更高的温度，喷嘴会喷射一小部分不会点燃但会与加热气体发生反应的燃料。在随后的进气冲程中，新的一部分燃油以恰到好处的量喷射到每个气缸中。进气门以短冲程短暂打开，允许精确计量的新鲜空气进入气缸并与可用气体混合，以产生具有高比例废气的稀薄燃料混合物。随后是压缩冲程，在该冲程中，混合物的温度继续升高，直到自燃时刻。通过精确控制燃料、新鲜空气和废气的量，来自测量气缸压力的传感器的恒定信息，以及一个可以使用偏心机构立即改变压缩比的系统，实现了过程的精确计时。改变曲轴的位置。顺便说一句，所讨论的系统的操作不限于 HCCI 模式。

管理所有这些复杂的操作需要控制电子设备，这些电子设备不依赖于传统内燃机中常见的一组预定义算法，而是允许根据传感器数据实时更改性能。任务艰巨，但结果是值得的 - 238 马力。 1,8 升 Diesotto 保证概念车 F700 的 S 级二氧化碳排放量为 2 克/公里，并符合严格的欧 127 指令。

文字：Georgy Kolev

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