Способ искрового зажигания горючей смеси

Изобретение относится к тепловым двигателям с искровым зажиганием горючей смеси, в частности к способам искрового зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Способ искрового зажигания горючей смеси электрическим разрядом в свече зажигания заключается в зажигании горючей смеси искрой с выбранными необходимыми значениями силы тока, длины и длительности искрового разряда. Необходимые значения силы тока, длины и длительности искрового разряда предварительно выбирают из условий выполнения требуемых снижения содержания вредных веществ в составе выхлопных газов, снижения расхода топлива и повышения мощности ДВС. Технический результат заключается в обеспечении полного сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, снижении содержания вредных веществ в выхлопных газах, снижении потребления топлива и повышении мощности двигателя. 3 ил.

Изобретение относится к тепловым двигателям с искровым зажиганием горючей смеси, в частности к способам искрового зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в искровых системах зажигания двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Известны способы зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания автомобилей путем создания в искровом промежутке свечи зажигания искры, продолжительной искры с повышенной энергией, последовательности искр, высокочастотной искры и др.

В патенте РФ №2171909 Тарасов П.А. предлагает увеличить длительность искры до нескольких миллисекунд путем введения последовательного «LC» контура, включенного параллельно свече зажигания. Автор считает, что при этом увеличится объем плазмы. В авторском свидетельстве СССР №1746048 Шпади А.Л. и др. предлагают формировать плазму путем подачи на свечу зажигания двух импульсов.

Основным недостатком всех известных способов и систем зажигания является то, что все они создавали в свече зажигания искру с очень маленьким током. В современных системах зажигания ([1] рис.15) ток искры не превышает 0,2 А. В [1] стр.38 написано: «Искра нагревает некоторое небольшое по объему количество смеси до температуры воспламенения». Такая искра не обеспечивает эффективного зажигания горючей смеси, и смесь в двигателе сгорает не полностью.

Наиболее близким к предлагаемому способу зажигания является патент РФ №2339839 «Способ искрового зажигания горючей смесив (прототип способа).

В прототипе горючую смесь зажигают искрой с выбранным необходимым значением силы тока искры, причем необходимое значение силы тока искры предварительно выбирают путем последовательного выбора величины искрового промежутка разрядника и величины сопротивления высоковольтных проводов, из условия снижения содержания вредных веществ в составе выхлопных газов, снижения расхода топлива и повышения мощности двигателя внутреннего сгорания.

Недостатком прототипа является то, что для выполнения поставленной задачи выбирают только ток искры.

Дело в том, что эффективность зажигания горючей смеси зависит, кроме тока искры, еще от длины искры и его длительности.

Поэтому необходимо выбирать силу тока, длину и длительность искры.

Целью изобретения является обеспечение полного сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, значительное снижение содержания вредных веществ в выхлопных газах, снижение потребления топлива и повышение мощности двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что горючую смесь зажигают искрой с выбранными необходимыми значениями силы тока, длины и длительности искрового разряда, причем необходимые значения силы тока, длины и длительности искры предварительно выбирают из условия выполнения требуемых снижения содержания вредных веществ в составе выхлопных газов, снижения расхода топлива и повышения мощности двигателя внутреннего сгорания.

Длина искры равна величине зазора между электродами свечи зажигания.

Таким способом выбирают, по сути, энергию искры. Однако ток, длина и длительность искры по-разному влияют на эффективность зажигания горючей смеси. Поэтому эти параметры искры нужно выбирать по отдельности.

Выбранное для реализации предлагаемого способа устройство зажигания построено на основе патентов РФ №2107184 и №2151321.

Чертежи устройства для реализации предлагаемого способа приведены на Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3. На чертежах приняты следующие обозначения элементов устройства:

1. Блок электронного зажигания

2. Первичная обмотка

3. Катушка зажигания

4. Вторичная обмотка

5. Первый электрод

6. Разрядник

7. Второй электрод

8. Распределитель зажигания

9. Резистор

10. Центральный электрод

11. Свеча зажигания

12. Боковой электрод

13. Конденсатор

14. Высоковольтный провод

15. Высоковольтный провод

16. Высоковольтный провод

17. Паразитная емкость

18. Диод

19. Высоковольтный конденсатор

Блок электронного зажигания 1 (Фиг.1) соединен с первичной обмоткой 2 катушки зажигания 3, которая содержит также вторичную обмотку 4. Высоковольтный выход вторичной обмотки 4 соединен с первым электродом 5 разрядника 6. Второй электрод 7 разрядника 6 соединен с распределителем зажигания 8 с резистором 9. Распределитель зажигания 8 соединен с центральным электродом 10 свечи зажигания 11. Боковой электрод 12 свечи зажигания 11 соединен через конденсатор 13 с низковольтным выходом вторичной обмотки 4 катушки зажигания 3. Высоковольтные провода 14, 15 и 16 соединяют, соответственно, высоковольтный выход вторичной обмотки 4 с первым электродом 5 разрядника 6, второй электрод 7 с распределителем зажигания 8 и распределитель зажигания 8 с центральным электродом 10 свечи зажигания 11. Паразитная емкость 17 вторичной обмотки 4 соединена параллельно вторичной обмотке 4.

На Фиг.2 боковой электрод 12 соединен с низковольтным выходом вторичной обмотки 4 катушки зажигания 3 непосредственно.

На Фиг.3 введены диод 18 и высоковольтный конденсатор 19. Высоковольтный выход вторичной обмотки 4 соединен с диодом 18, конденсатор 19 включен между выходом диода 18 и низковольтным выходом вторичной обмотки 4. Выход диода 18 соединен с первым электродом 5 разрядника 6.

Предлагаемый способ может быть реализован с применением описанного выше устройства следующим образом.

Перепад напряжения с выхода блока электронного зажигания 1 (Фиг. 1) подают на первичную обмотку 2 катушки зажигания 3, который индуктирует на вторичной обмотке 4 высоковольтный импульс напряжения. С высоковольтного выхода вторичной обмотки 4 высоковольтный импульс напряжения подают на первый электрод 5 разрядника 6. Между первым 5 и вторым 7 электродами разрядника 6 возникает электрический разряд. Ток разряда с высоким напряжением со второго электрода 7 подают через распределитель зажигания 8, с резистором 9, на центральный электрод 10 свечи зажигания 11. В искровом промежутке свечи зажигания 11, образованном между центральным 10 и боковым 12 электродами, также возникает электрический разряд. Импульсный ток разряда с бокового электрода 12 возвращают на вторичную обмотку 4 через конденсатор 13.

Цепь, по которой проходит ток искры, состоит из высоковольтных проводов 14, 15, 16, разрядника 6, распределителя зажигания 8, свечи зажигания 11, конденсатора 13 и паразитной емкости 17 вторичной обмотки 4 катушки зажигания 3.

Дело в том, что по проводам вторичной обмотки 4, которая имеет значительное электрическое сопротивление и большую индуктивность, ток искры не может проходить, так как длительность импульса искры не превышает микросекунды. Ток искры проходит только через «паразитную» емкость 17 выхода вторичной обмотки 4.

В некоторых случаях, в зависимости от электрической схемы блока зажигания 1, ток искрового разряда от бокового электрода 12 возвращают на вторичную обмотку 4 по проводу (Фиг.2).

На Фиг.3 импульс напряжения с выхода вторичной обмотки 4 через диод 18 заряжает конденсатор 19 до высокого напряжения. Накопленный заряд конденсатора 19 позволяет увеличить энергию искры.

Последовательно включенный разрядник 6, позволяет увеличивать напряжение и ток искры. Путем увеличения величины искрового промежутка разрядника 6 можно увеличивать напряжение искры и до 25 кВ, и до 100 кВ и более. Происходит это потому, что напряжение на выходе вторичной обмотки 4 должно одновременно «пробить» и зазор между электродами свечи зажигания 11, и большой искровой промежуток разрядника 6.

В существующих системах зажигания, не имеющих разрядника, напряжение искры мало, т.к. маленький зазор свечи зажигания пробивается напряжением 6-10 кВ.

Средства, необходимые для осуществления выбора силы тока, длины и длительности искры следующие:

1. Для изменения напряжения искры и выбора необходимой величины тока искры должны быть изготовлены разрядники с различными параметрами. Параметры разрядника — это величина искрового промежутка, диаметры электродов, их форма и материал. Изготовить разрядники можно в соответствии с патентами РФ №2107184 и №2151321.

2. Для выбора необходимого сопротивления цепи разряда должны иметься высоковольтные провода с различными сопротивлениями (Фиг.1, 2, 3). В настоящее время имеется много видов высоковольтных проводов с различными величинами электрического сопротивления. В [1] стр.32 написано:

«Наши красные высоковольтные провода имеют распределенное сопротивление 2 кОм на метр длины… Для систем зажигания высокой энергии … применяют провода синего цвета… с распределенным сопротивлением 2,55 кОм… Зарубежные высоковольтные провода… величина распределенного сопротивления может быть в пределах 9-25 кОм… ». В действительности в продаже имеется значительно больше проводов с различными сопротивлениями. Имеются провода и с близкими к нулю сопротивлениями. Таким образом, для выбора величины тока искры имеется набор высоковольтных проводов с различными сопротивлениями.

3. Для выбора необходимого сопротивления цепи разряда в бегунок распределителя зажигания нужно устанавливать резисторы с различными величинами сопротивлений. В продаже имеются резисторы с любыми значениями сопротивлений. При необходимости можно замыкать резистор проводом.

4. Свечи зажигания должны быть без встроенных резисторов, с близкими к нулю сопротивлениями.

5. Для выбора необходимых параметров искры нужно использовать мощный промышленный источник высокого напряжения, обеспечивающий регулируемое выходное напряжение и энергию искры не менее 100 кВ и 1 кДж, соответственно.

6. Высоковольтный выход источника высокого напряжения соединяют с резистором, а другой провод (выход) резистора через конденсатор соединен с выходом источника с нулевым потенциалом. Выходом источника с изменяемой энергией искры является общая точка соединения резистора с конденсатором. Энергию искрового разряда изменяют путем соответствующего выбора параметров резистора и конденсатора.

7. Длину искры изменяют путем изменения зазора между электродами свечи.

Метод, процедура, алгоритм выбора необходимого тока, длины и длительности искры в свече зажигания следующий:

1. Начальная длительность искры должна соответствовать энергии искры 50 мДж. Для этого на выходе источника высокого напряжения величины резистора и конденсатора выбирают из условия, чтобы начальная энергия искры составляла 50 мДж.

2. Начальная длина искры должна быть равна 0,5 мм.

3. Начальное напряжение на выходе источника высокого напряжения с изменяемой энергией искры устанавливают 25 кВ.

4. Начальный ток искры, измеренный по приборам или рассчитанный по напряжению искры и сопротивлению цепи разряда, должен быть около 1 А.

5. Проверяют полученные характеристики двигателя, а именно уровень вредных выбросов двигателя, его мощность и экономичность.

6. Если характеристики двигателя не удовлетворительны, выбором высокого напряжения источника, параметров разрядника и цепи разряда последовательно увеличивают ток искры, проверяя характеристики двигателя для каждого значения тока искры, пока не будут получены требуемые характеристики двигателя. Для увеличения тока искры повышают напряжение источника, увеличивают искровой промежуток разрядника, уменьшают сопротивление цепи разряда, уменьшают сопротивление разрядника соответствующим выбором диаметра, формы и материала электродов.

7. Если требуемые характеристики двигателя получить не удается, то последовательно увеличивают длину искры, повторяя всю процедуру выбора по пп.5-6 для каждого значения длины искры, пока не будут получены требуемые характеристики двигателя.

8. Если требуемые характеристики двигателя все еще получить не удается, то выбором параметров резистора и конденсатора, на выходе источника высокого напряжения с изменяемой энергией искры, последовательно увеличивают длительность искры, повторяя всю процедуру выбора по пп. 5-7 для каждого значения длительности искры, пока не будут получены требуемые характеристики двигателя.

Описанную выше процедуру выбора производят на специализированном стенде, предназначенном для измерений уровня вредных выбросов, расхода топлива и мощности двигателя автомобиля. Например, в НАМИ или МАДИ.

На этом же стенде измеряют полученные необходимые значения тока, длины и длительности искры.

Кардинальное улучшение характеристик двигателя наступает, когда выбранные значения тока искры достигают значений, сравнимых или даже больших тока молнии. Это примерно в 10000000 раз больше тока искры в современных автомобилях. При таких больших токах искра испускает мощнейшие световые и другие излучения, которые поджигают горючую смесь во всем объеме камеры сгорания.

Изобретение позволяет существенно экономить горючее, повысить мощность двигателя автомобиля, практически полностью устранить почти все вредные выбросы.

Выбранные значения тока, длины и длительности искры могут быть использованы для создания и массового промышленного производства эффективных систем зажигания.

Использование изобретения в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием позволит существенно уменьшить ядовитые выбросы, значительно экономить топливо и увеличить мощность двигателя.

Источники информации

1. Росс Твег. Системы зажигания легковых автомобилей. М., «За рулем» 1997 г.

Способ искрового зажигания горючей смеси электрическим разрядом в свече зажигания, при котором горючую смесь зажигают искрой с выбранным необходимым значением силы тока искрового разряда, отличающийся тем, что горючую смесь зажигают искрой с выбранными необходимыми значениями силы тока, длины и длительности искрового разряда, причем необходимые значения силы тока, длины и длительности искры предварительно выбирают из условия выполнения требуемых снижения содержания вредных веществ в составе выхлопных газов, снижения расхода топлива и повышения мощности двигателя внутреннего сгорания.

Просто добавь воды. Маленькая добавка H₂О повышает мощность ДВС и экономит топливо / Хабр

Фото: Bosch

Может быть, двигатели внутреннего сгорания доживают последние десятилетия, но производители не сдаются. Они выжимают максимум из этой технологии, оптимизируя конструкцию двигателя для повышения эффективности и экономичности. Недавно сообщалось об инновации Nissan, которая изобрела ДВС с изменяемой степенью сжатия. Теперь о своих достижениях поведала Bosch. Немецкая фирма представила систему водяного впрыска WaterBoost для простой модификации существующих ДВС.

Даже самый продвинутый двигатель внутреннего сгорания впустую тратит примерно пятую часть топлива. Например, оно расходуется на систему охлаждения двигателя. В современных двигателях немного дополнительного топлива впрыскивается в камеру сгорания не для сгорания, а для испарения со стенок, за счёт чего происходит охлаждение двигателя.

Bosch предлагает модифицировать систему впрыска топлива: использовать воду вместо бензина при охлаждении камеры. То есть суть технологии WaterBoost заключается в том, что на больших оборотах в двигателе задействуется водяная помпа, которая впрыскивает в камеру сгорания немного воды незадолго до поджига топливной смеси.

Требуется совсем немного воды: на 100 км уходит несколько сотен миллилитров. Поэтому маленький бачок с водой потребуется заливать дистиллированной водой каждые несколько тысяч километров, что для большинства водителей не станет накладным. Это даже приятно: заливая воду, ты знаешь, что эта вода будет использоваться вместо бензина (при охлаждении).

Да и если вода в бачке кончится, тоже ничего страшного, разве что немного снизится крутящий момент и на несколько процентов вырастет потребление топлива.

Как показали опыты Bosch, такая простая модификация может на несколько процентов снизить потребление топлива (до 13%) без потери мощности и крутящего момента. Экономия возможна в моменты перегрева двигателя на самых высоких оборотах: например, при резком ускорении или движении по шоссе с высокой скоростью.

Кроме того что это экономит бензин, так испарение воды ещё и лучше охлаждает двигатель, чем испарение бензина.

Как дополнительный бонус к экономии топлива — на 4% снижаются выбросы CO₂, так что двигателю будет легче пройти проверку на соблюдение жёстких экологических нормативов, которые предъявляются к современным бензиновым двигателям.

Наиболее эффективным внедрение водяного впрыска будет для компактных трёх- и четырёхцилиндровых двигателей. Другими словами, именно для тех двигателей, которые используются в самых популярных современных автомобилях среднего размера.

Но это ещё не всё. Кроме экономии топлива, WaterBoost может добавить до 5% мощности двигателям с турбонаддувом. Дело в том, что добавка воды насыщает кислородом нагнетаемый воздух от турбины и увеличивает скорость горения смеси, позволяя оптимизировать угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.

Идея опережения зажигания в том, чтобы поджигать горючую смесь заранее, до достижения поршнем верхней мёртвой точки. При правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки.

Изменив угол опережения зажигания и подкрутив настройки тайминга поджигания, инженеры могут выжать ещё чуток мощности даже из мощных двигателей с турбонаддвуом, даже на спорткарах.

Первым автомобилем, в котором внедрят технологию водяного впрыска WaterBoost, станет BMW M4 GTS с шестицилиндровым турбодвижком.

BMW M4 GTS. Фото: BMW Group

Про внедрение WaterBoost в автомобилях средней ценовой категории информации пока нет.

У компании Bosch есть большой опыт в автомобильной промышленности. Именно Bosch в 1887 году изобрела безопасную систему детонации воздушно-топливной смеси ДВС от магнето. Такая система зажигания используется в автомобилях до сих пор. До этого изобретения смесь в ДВС поджигали через калильные трубки Даймлера открытым пламенем.

Bosch производит не только системы зажигания, стартеры, но и многие другие автомобильные компоненты. Например, недавно наладила серийное производство электромоторов для гоночных картов.

Электромотор Bosch для гоночных картов. Фото: Bosch

За электромоторами — будущее, но и ДВС не собирается сдаваться без боя.

«Наш водяной впрыск показывает, что у двигателей внутреннего сгорания осталось ещё несколько трюков под капотом», — сказал д-р Рольф Буландер (Rolf Bulander), председатель подразделения Bosch Mobility Solutions и член совета директоров Robert Bosch GmbH.

Как работают газовые двигатели с воспламенением от сжатия

«»

Двигатель Mazda SKYACTIV-X — первый в мире коммерческий бензиновый двигатель, в котором используется воспламенение от сжатия. Мазда

Летом 2017 года Mazda объявила: автомобильная компания нашла способ производить бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия для легковых автомобилей. Mazda заявила, что ее новый двигатель может улучшить экономию топлива на 20-30 процентов, что является значительным достижением для бензинового двигателя.

Прежде чем погрузиться в эту технологию, стоит отметить, что двигатель с воспламенением от сжатия не является новой концепцией. В автомобилях Формулы-1 используются двигатели с воспламенением от сжатия, и несколько других автопроизводителей попытались разработать коммерчески жизнеспособную версию для легковых автомобилей. Но двигатель Mazda, получивший название Skyactiv-X, станет первым серийно выпускаемым и коммерчески доступным двигателем такого типа. Благодаря Джею Чену, инженеру по силовым агрегатам Mazda, HowStuffWorks удалось узнать, как был достигнут этот прорыв. Однако сначала мы должны взглянуть на основные функции двигателя.

Реклама

Двигатель работает за счет воспламенения топлива двумя способами: теплом и сжатием. Двигатели с искровым зажиганием используются в большинстве бензиновых автомобилей. В этих типах двигателей свечи зажигания воспламеняют топливо в камере сгорания, в то время как топливно-воздушная смесь также сжимается. Конечно, это очень упрощенная версия процесса, просто чтобы проиллюстрировать основное различие между двумя типами двигателей. Двигатели с искровым зажиганием следуют циклу и требуют точной синхронизации для работы, но, как правило, надежны в различных условиях [источник: Knight].

Двигатели с воспламенением от сжатия работают как дизельные двигатели. Дизели рассчитаны на гораздо более высокое сжатие (что требует более тяжелых компонентов и более прочной конструкции) и используют свечи накаливания в качестве источника тепла, а не свечи зажигания. Свечи накаливания нагревают камеру сжатия, что, в свою очередь, увеличивает компрессию внутри камеры. Когда топливо добавляется в камеру, оно распыляется на кончик свечи накаливания, но процесс больше зависит от сжатия, чем от контакта топлива и свечи. Отсутствие «искры» помогает дизельным двигателям достигать более высоких рейтингов EPA, чем бензиновые двигатели с аналогичными характеристиками [источник: Стюарт].

Если мы говорим о газе, вы можете спросить, какой смысл объяснять, как работает дизельный двигатель? Просто, чтобы проиллюстрировать важность сжатия. Лучший способ улучшить газовый двигатель — выяснить, как повысить степень сжатия, что позволит двигателю более эффективно использовать запасы топлива.

Бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия сочетает в себе лучшие черты этих процессов. Двигатель запрограммирован на захват воздуха (как правило, выхлопных газов) в цилиндре двигателя путем регулировки синхронизации выпускных и впускных клапанов. Топливные форсунки добавляют топливо к этим захваченным выхлопным газам, и, поскольку захваченная смесь находится под очень высоким сжатием, относительно небольшое количество топлива может воспламениться.

Двигатели с воспламенением от сжатия можно даже разделить на два разных типа [источник: Линдберг].

• Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI): Этот двигатель смешивает воздух и топливо, а затем сжимает эту смесь до воспламенения. Двигатель Mazda станет первым серийным двигателем типа HCCI.
• Бензиновая система зажигания с непосредственным сжатием (GDCI): Этот двигатель впрыскивает бензин в уже сжатую смесь воздуха и выхлопных газов.

Основное различие между этими двумя двигателями заключается в том, на какой стадии процесса добавляется топливо, что достигается за счет корректировки циклов и времени работы двигателей. В остальном двигатели работают аналогично; сжатие является наиболее важным фактором.

Реклама

Содержание

1. Плюсы и минусы двигателей с воспламенением от сжатия
2. Будущее бензиновых двигателей

Плюсы и минусы двигателей с воспламенением от сжатия

«»

2,0-литровый SKYACTIV-G имеет мощность 2,5-литрового двигателя и эффективность 1,5-литрового дизельного двигателя. Мазда

Двигатели с воспламенением от сжатия имеют несколько преимуществ и столько же недостатков. Среди его преимуществ:

• Он потребляет меньше топлива, чем двигатель с искровым зажиганием
• Он использует топливо более эффективно (другими словами, меньше потерь мощности на фактическое зажигание и избыточное тепло)
• Так как используется меньше топлива, автомобиль меньше загрязняет окружающую среду

«В грубой аналогии искровое зажигание сродни разжиганию огня путем поджигания только одного края газетной растопки, позволяя пламени постепенно подниматься по бумаге,» объясняет инженер по силовым агрегатам Mazda Джей Чен по электронной почте. «[Воспламенение от сжатия] больше похоже на самовозгорание, когда топливо и воздух достигают критического давления и температуры, и весь заряд одновременно меняет фазу, таким образом высвобождая всю энергию сразу. Высвобождая всю энергию почти сразу, [ воспламенение от сжатия] может извлекать больше энергии (поскольку это происходит задолго до того, как степень расширения будет исчерпана) из того же количества воздуха, используя в два-три раза меньше топлива и при гораздо более низких температурах сгорания, что еще больше снижает потери тепловой энергии и образование выбросов. .»

Реклама

Звучит здорово, правда? Проблема в том, что эти двигатели очень привередливы — если бы их было легко проектировать и использовать, мы бы уже ездили на них. Даже если вы не знакомы с дизельными двигателями, вы, возможно, слышали, что они могут быть неудобны в неоптимальных условиях. Частично это связано с самим дизельным топливом, которое имеет тенденцию к «желированию» при очень низких температурах. У нас нет такой проблемы с бензином, который остается жидким даже при минусовых температурах. Но на воспламенение от сжатия по-прежнему могут влиять погодные и другие условия окружающей среды, а также другие факторы, такие как качество топлива.

«До сих пор двигатели внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия существовали только в стабильных лабораторных условиях или в сырых прототипах автомобилей, слишком грубых для применения в производстве», — говорит Чен.

Другими словами, если давление и температура в цилиндрах не поддерживаются тщательно, процесс не будет работать. Слишком низкие температуры могут повредить чувствительные компоненты двигателя. Если двигатель перегреется, он может начать детонировать — состояние, которое возникает, когда топливно-воздушная смесь становится слишком горячей и детонирует в неподходящий момент, что приводит к трате топлива и плохой работе двигателя. Двигатель с искровым зажиганием также может быть слишком холодным или слишком горячим, но его погрешность гораздо выше.

Надежная работа двигателя с воспламенением от сжатия зависит от точного сочетания воздуха, топлива и выхлопных газов, смешанного в идеальном соотношении, при идеальном сжатии, при подаче нужного количества тепла в нужное время. Как мы знаем, никто еще не смог построить автомобиль с газовым двигателем с воспламенением от сжатия, поэтому этот процесс нуждался в дальнейшем совершенствовании.

Реклама

Будущее бензиновых двигателей

«»

Автомобиль, работающий от двигателя с воспламенением от сжатия газа, может быть не менее эффективным, чем электромобиль, а возможно, даже больше. Реймар Гертнер/UIG

Вскоре после объявления Mazda эксперты автомобильной промышленности начали рассуждать о том, сможет ли массовый двигатель с воспламенением от сжатия «спасти» газовые двигатели. То есть, поскольку отрасль все больше движется к гибридным и электрическим технологиям, может ли этот газовый двигатель быть достаточно эффективным, чтобы быть жизнеспособным соперником?

Чен говорит, что Mazda руководствуется верой в то, что, «выжимая из двигателя внутреннего сгорания каждую каплю эффективности (в сочетании с электрификацией после того, как двигатель внутреннего сгорания будет усовершенствован), мы можем создать метод, позволяющий приводить автомобиль в в этом столетии, который может генерировать такие же или меньшие выбросы CO2, что и электромобили с чистым аккумулятором, работающие от электростанций, работающих на ископаемом топливе, различных форм».

Advertisement

Другими словами, Mazda считает, что при непрерывных инновациях автомобиль с газовым двигателем может быть не менее эффективным, чем электромобиль, а возможно, и более. Давайте посмотрим, чем этот прорыв в технологии воспламенения от сжатия отличается от тех, что были до него.

В 2007 году компания Motor Trend управляла автомобилем Saturn Aura, оснащенным двигателем с воспламенением от сжатия, что позволило снизить расход топлива на 15% по сравнению с обычной Aura [источник: Маркус]. В то время GM планировала выпустить автомобиль с двигателем с воспламенением от сжатия в 2015 году, но бренд Saturn был закрыт всего через несколько лет, и GM постепенно переключила свое внимание на электрические и подключаемые гибридные автомобили, такие как Шевроле Вольт.

Примерно в то же время Mercedes-Benz работал над системой воспламенения от сжатия под названием DiesOtto, и у Ford тоже был проект в разработке [источник: Estrada]. Однако ни один из этих двигателей не получил зеленый свет для производства, и опыт Hyundai может помочь объяснить, почему [источник: Маркус].

Если не считать Mazda, то Hyundai, вероятно, добился наибольшего прогресса, и его усилия впервые стали известны примерно в 2013 году [источник: Маркус]. Компания разработала свою версию двигателя с воспламенением от сжатия без свечей зажигания или свечей накаливания с целевой датой выпуска в 2023 году.0003

Несмотря на многообещающий прогресс, в 2016 году Hyundai сообщила, что компоненты двигателя недостаточно прочны, чтобы выдерживать сжатие, необходимое для работы процесса. Конечно, можно спроектировать более прочные компоненты двигателя, а именно блок, кривошип и подшипники; так работают дизельные двигатели. Это просто очень дорого, а более прочные компоненты увеличивают вес автомобиля и снижают его общую эффективность. Hyundai планировала использовать турбокомпрессор для увеличения мощности и поддержания необходимой степени сжатия, но они обнаружили, что им также понадобится нагнетатель, что еще больше ударило по бюджету. И, наконец, Hyundai не удовлетворил уровень загрязнения, производимого этими силовыми агрегатами. В конце концов, проект оказался намного дороже и далеко не таким чистым и эффективным, как планировалось [источник: Маркус].

Разработка Mazda продолжается почти так же долго, как и ее конкурентов.

«Skyactiv-X всегда был в планах еще до того, как было запущено первое поколение Skyactiv», — объясняет инженер Mazda Чен. «Первым шагом в этой дорожной карте стала технология Mazda Skyactiv, [которая была] представлена ​​в 2009 году. Ключевым улучшением в то время было применение нетрадиционно высокой степени сжатия двигателя для повышения общей эффективности двигателя, а также производительности трансмиссии. Это было достигнуто за счет синергетическая комбинация существующих методов, применяемых вместе для достижения того, что (до этого) считалось невозможным для серийных двигателей».

С точки зрения непрофессионала: «Skyactiv» — это термин, обозначающий стратегию Mazda по повышению степени сжатия для повышения эффективности, и Mazda пришлось немного повозиться, чтобы заставить грядущий Skyactiv-X работать. В результате этой переделки Mazda добавила в смесь свечу зажигания, поэтому двигатель может переключаться между сжатием и искровым зажиганием в зависимости от того, что является наиболее эффективным в данный момент. Может показаться, что это противоречит основам технологии двигателей с высокой степенью сжатия, но Чен говорит, что это работает.

«Этот прорыв, который мы называем искровым воспламенением от сжатия (SPCCI), значительно расширил полезный диапазон работы и управления воспламенением от сжатия, а также предоставил решение для плавного перехода между CI [воспламенением от сжатия] и SI [искровым зажиганием]. ] режимы сгорания, используемые при высоких оборотах двигателя (в случае Skyactiv-X)», — говорит Чен.

Проще говоря, свеча зажигания — это волшебный ингредиент, который позволяет двигателю работать плавно и приспосабливаться к различным условиям, и он будет использоваться только в случае крайней необходимости. Двигатель Mazda спроектирован так, чтобы контролировать себя и регулировать свою работу в зависимости от таких факторов, как текущие условия окружающей среды, способ вождения автомобиля, а также предпочтения и настройки водителя [источник: Estrada].

После того, как Mazda пришла в голову эта идея, на разработку двигателя ушло еще два года, за это время было принято еще одно важное решение. Автомобили, оснащенные двигателями Skyactiv-X, будут оснащены нагнетателями для увеличения мощности, что улучшит динамику вождения и поможет убедить потенциальных покупателей рискнуть в этой новой технологии [источник: Estrada].

Последний большой вопрос — когда водители могут его увидеть? Представитель Mazda говорит, что компания пока не может раскрыть, какие автомобили будут первыми оснащены двигателем Skyactiv-X или когда они будут доступны. Мы также не знаем, будут ли автомобили с двигателями с воспламенением от сжатия стоить дороже, чем сопоставимые автомобили с двигателями с искровым зажиганием. Однако можно с уверенностью предположить, что, хотя Mazda будет первой на рынке с этой технологией, другие производители почти наверняка последуют за ней.

Реклама

htm»>

Много дополнительной информации

Примечание автора: как работают газовые двигатели с воспламенением от сжатия

В отличие от многих моих коллег, я не особенно беспокоюсь о «сохранении газовых двигателей», хотя это, вероятно, помогло бы сохранить работу. Возможно, мне следует быть немного более эгоистичным, но я решил написать о двигателе с воспламенением от сжатия просто потому, что меня заинтриговали любые инновации, которые могут помочь сделать автомобиль более экономичным.

По этой причине — экологической устойчивости в целом — мне не терпится протестировать автомобиль с двигателем с воспламенением от сжатия, как только он будет доступен. Как и гибриды и электрики, я думаю, будет много разговоров о том, достаточно ли мощны эти автомобили. Честно говоря, я подозреваю, что обычный человек не заметит разницы. Есть много способов сделать автомобиль интересным для вождения, помимо того, чтобы просто сделать его максимально мощным, и это область, в которой Mazda преуспевает.

Статьи по теме

Другие полезные ссылки

• Как работает система зажигания автомобиля
• У Mazda может быть технология, позволяющая сохранить двигатель внутреннего сгорания
• Новый хитрый двигатель Mazda проезжает больше миль при меньшем расходе топлива

900 19 Как работает турбина Теслы

Источники

• Браун, Джейкоб. Специалист по продуктовым коммуникациям, Mazda. Личная переписка. 1 сентября 2017 г.
• Чен, Джей. Инженер по силовым агрегатам, Mazda. Личная переписка через Джейкоба Брауна. 1 сентября 2017 г.
• Эстрада, Зак. «У Mazda может быть технология для спасения двигателя внутреннего сгорания». Грань. 8 августа 2017 г. (30 августа 2017 г.) https://www.theverge.com/2017/8/8/16099536/mazda-compression-ignition-engine-technology
• Найт, Шерил. «Как работает система зажигания автомобиля». ВашМеханик. 19 ноября 2015 г. (29 августа 2017 г.) https://www.yourmechanic.com/article/how-a-car-ignition-system-works
• Линдберг, Остин. «Hyundai разрабатывает бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия». Автомобиль и водитель. 18 ноября 2013 г. (30 августа 2017 г.) http://blog.caranddriver.com/hyundai-developing-gasoline-burning-compression-ignition-engine/
• Маркус, Фрэнк. «Технология: дитя любви — вождение совершенного ублюдочного двигателя». Моторный тренд. 19 ноября 2007 г. (30 августа 2017 г.) http://www.motortrend.com/news/technologue-41/
• Маркус, Франк. «Что случилось с двигателем Hyundai HCCI?» Моторный тренд. 14 декабря 2016 г. (30 августа 2017 г.) http://www.motortrend.com/news/whatever-happened-hyundais-hcci-engine/
• Mazda. «Mazda объявляет о долгосрочном видении развития технологий «Устойчивый Zoom-Zoom 2030». 8 августа 2017 г. (20 августа 2017 г.) http://www2.mazda.com/en/publicity/release/2017 /201708/170808a.html
• Стюарт, Джек. «Ловкий новый двигатель Mazda проезжает больше миль при меньшем расходе топлива». Проводной. 9 августа 2017 г. (30 августа 2017 г.) https://www. wired.com/story/mazda-injection-compression-skyactivx-engine/
• Шимковски, Шон. «Как на самом деле работает двигатель Mazda SkyActiv-X, основанный на HCCI (видео)». Отчеты о зеленой машине. 21 августа 2017 г. (30 августа 2017 г.)
  ​

  Процитируйте это!

  Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

  Cherise Threewitt
  «Как работают газовые двигатели с воспламенением от сжатия»
  2 октября 2017 г.
  HowStuffWorks.com.
  12 июля 2023 г.

  Citation

  Двигатели с искровым зажиганием VS с воспламенением от сжатия.

  Чиквадо Угву Майкл.

  Чиквадо Угву Майкл.

  Инженер-механик — специалист по теплоэнергетике, турбомашинам / вращающемуся оборудованию, энергетике, нефти и газу, техническому обслуживанию и надежности.

  

  Опубликовано 24 сентября 2016 г.

  + Подписаться

  С глубокой любовью к двигателям и уровнем знаний выше среднего в обращении (диагностике, ремонте, техническом обслуживании, капитальном ремонте и восстановлении) «Двигателей внутреннего сгорания» (особенно тяжелых дизельных двигателей) я могу осмелиться легко отличить современный дизельный двигатель от бензинового двигателя.

  Отличие дизельного двигателя от бензинового Двигатель .

  Основные параметры, используемые для сравнения двух двигателей внутреннего сгорания:

  1. Основной рабочий цикл
  2. Тип топлива
  3. Метод впрыска топлива
  4. Процесс зажигания
  5. Коэффициент сжатия
  6. скорость
  7. Тепловая эффективность
  8. Вес.

  1…. Основной рабочий цикл: 9Бензиновые двигатели 0034, также известные как двигатели с искровым зажиганием (S . I) , работают на основе обратного цикла или цикла подвода тепла с постоянным объемом. в двигателях S.I процесс воспламенения осуществляется с помощью свечи зажигания, воспламеняющей смесь воздуха и топлива, сжатую в камере сгорания.

  Принимая во внимание, что дизельный двигатель, также известный как двигатель с воспламенением от сжатия (C.I), работает на основе дизельного цикла или цикла подвода тепла при постоянном давлении. В двигателях C.I самовоспламенение происходит из-за высокой температуры сильно сжатого воздуха. Следовательно, свечи зажигания не требуются.

  2….Тип топлива: Двигатели S.I используют бензин в качестве рабочего топлива, бензин является очень летучим топливом и имеет высокую температуру самовоспламенения

  , тогда как двигатель C.I использует дизельное топливо в качестве рабочего топлива. Дизель – это нелетучее топливо с низкой температурой самовоспламенения.

  3…. Способ впрыска топлива

  В двигателях S. I смесь воздуха и топлива вводится в такте всасывания, таким образом, он состоит из карбюратора для смешивания воздуха и топлива.

  в двигателе внутреннего сгорания топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания под высоким давлением. Таким образом, он состоит из топливного насоса и топливной форсунки

  4… Степень сжатия: в двигателях S.I степень сжатия варьируется от 6 до 10. Здесь верхний предел степени сжатия определяется антидетонационной способностью двигателя. топлива,

  , в то время как в двигателях C.I степень сжатия варьируется от 16 до 20. Здесь верхний предел степени сжатия определяется увеличением массы двигателя.

  5… Скорость…: Двигатели S.I являются высокоскоростными двигателями из-за их легкого веса и однородного сгорания

  тогда как двигатели C.I являются низкоскоростными двигателями из-за их большого веса и неоднородного сгорания

  6 … Тепловой КПД: D из-за более низкой степени сжатия, максимальное значение теплового КПД у двигателя SI ниже, чем у двигателя C.