GM создала бензиновый двигатель без свечей зажигания. Двигатель hcci

Skyactiv-X - cерийный двигатель HCCI от Mazda

Автомобильная компания Mazda Motor Corporation известна своими исследованиями в области работы двигателей. В начале 90-х годов Мазда изготавливала шестицилиндровые компрессорные моторы, работавшие на основе термодинамического цикла, предложенного инженером Миллером в середине XX века. Компания первая ввела в 2012 году в эксплуатацию моторы, обладающие степенью сжатия 14:1, получившие название Skyactiv.

В ближайшее время состоится очередная премьера от Мазды: компания готовится продемонстрировать двигатель Homogeneous Charge Compression Ignition, в котором смесь будет воспламеняться без участия свечей, т. е. методом сжатия. Новый двигатель получил название Skyactiv-X.

Выпуск HCCI двигателя

Технология, используемая в этом моторе, прорабатывается инженерами уже несколько десятков лет. Прототип подобного агрегата был представлен американской компанией GM в 2007 году, но потом по непонятным причинам дальнейшая доработка была приостановлена. Помимо вышеназванных автопроизводителей, трудятся над HCCI Nissan и Volkswagen.

На сегодняшний день именно Mazda сумела добиться наилучших результатов, обогнав конкурентов: похоже, именно эта компания первой и запустит массовое производство новых двигателей.

Как заявил Йохан Мюнцингер, представитель производителя в Германии, мотор можно считать революцией в автомобильном мире. Планируется, что Skyactiv-X будет установлен на Mazda 3, которая должна поступить на рынок уже в начале 2019 года.

Ряд солидных изданий и вовсе, говоря о новом двигателе, отмечает, что он лишится свечей зажигания, но это не так: по сообщению инженеров Mazda, цикл всё равно еще не совершенен, поэтому избавиться от системы зажигания пока не получится. Воспламенение будет принудительным в мощностном режиме, при небольшой нагрузке или при работе на холостом ходу должен запуститься цикл HCCI.

Специалисты уверены, что не обращаться к помощи свечей станет возможным, если получится добиться степени сжатия 18:1. Предполагается, что это позволит уменьшить расход горючего на треть и снизить количество вредных окислов.

Помимо совершенствования двигателей внутреннего сгорания, Mazda ведет работы над созданием электромобиля.

moj-vnedorozhnik.ru

двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Hcci-двигатель

Cтраница 1

Регулирование HCCI-двигателя является серьезной проблемой, поскольку в отличие от бензинового двигателя, у которого начало сгорания можно регулировать изменением УОЗ, или от дизельного двигателя, в котором процесс сгорания регулируется изменением УОВТ, не имеется факторов непосредственного воздействия на процесс сгорания, т.е. начало сгорания гомогенных топливовоз-душных смесей является функцией многих переменных, включая первоначальный состав смеси, ее температуру, давление и особенности камеры сгорания. [1]

В HCCI-двигателе необходимо более высокое давление наддува вследствие того, что двигатель в этом случае работает на более бедных смесях. Для требуемого давления наддува при более высоких температурах продуктов сгорания требуется меньшее их давление перед турбиной, в то время как в HCCI-технологии температуры выпускных газов существенно меньше, чем в традиционных двигателях. Это приводит к более высокому требуемому давлению выпускных газов, что, в свою очередь, приведет к большим насосным потерям и меньшему индикаторному КПД. Представляется, что это является главным препятствием в достижении высоких значений индикаторного КПД в двигателях, реализующих HCCI-технологию. [2]

Управление работой HCCI-двигателя по мере увеличения нагрузки становится более сложным, и система регулирования должна обеспечивать точное значение угла начала воспламенения, воздействуя в случае необходимости через обратные связи на температуру заряда на впуске, количество и состав топлива. Если воспламенение в нескольких циклах работы будет немного преждевременным, стенки цилиндра будут дополнительно подогреты, т.к. при раннем воспламенении тепловыделение возрастает. Более высокие температуры стенки приведут к тому, что начало сгорания станет еще более ранним, вызывая, в свою очередь, увеличение тепловыделения. С другой стороны, если сгорание становится более поздним в течение нескольких циклов работы, происходят противоположные эффекты и начинаются пропуски воспламенения. Таким образом, регулирование момента начала воспламенения при больших нагрузках должно быть очень точным. [3]

Рассмотренные способы регулирования HCCI-двигателя с точки зрения их использования в силовой установке транспортного назначения являются небезупречными и могут быть рекомендованы скорее для стационарных установок. Очевидно, что особенности рабочего процесса двигателя с воспламенением гомогенного топливовоздушного заряда от сжатия серьезно ограничивают области возможного применения таких двигателей с описанными выше системами регулирования. Для устранения отмеченных ранее недостатков необходима разработка новых подходов к принципам регулирования. [4]

При анализе рабочего процесса HCCI-двигателя, работающего на двух-компонентном топливе, в частности на смеси СН4 СН3ОСН3, кроме общего коэффициента избытка воздуха а удобно пользоваться и коэффициентами избытка воздуха для каждого компонента, дающими представление о расходе отдельного топлива. [5]

Вне зависимости от выбранного способа регулирования HCCI-двигателя необходимо обеспечивать оптимальную для данной нагрузки характеристику тепловыделения, в том числе ее расположение относительно ВМТ. При чрезмерно раннем воспламенении значительно возрастают максимальное давление в цилиндре, скорость нарастания давления и эмиссия NOX. Для каждой нагрузки один из этих параметров будет определять положение левой границы воспламенения, причем при низкой нагрузке все эти три параметра допускают очень раннее воспламенение. В случае увеличения нагрузки и, соответственно, уменьшения коэффициента избытка воздуха эмиссия NOX, максимальное давление в цилиндре и скорость нарастания давления возрастают и начало воспламенения должно быть более поздним. [6]

Поэтому в области малых и средних нагрузок HCCI-двигателя и при коэффициенте избытка воздуха больше 2 5 область возможных режимов работы по моменту начала воспламенения является относительно большой. [7]

Одной из задач, которую, по-видимому, необходимо будет решить для повышения КПД и среднего эффективного давления многоцилиндрового HCCI-двигателя, является устранение существенного различия в протекании рабочего процесса в отдельных цилиндрах двигателя. К примеру, на рис. 8.30 показаны кривые среднего индикаторного давления р - для разных цилиндров в зависимости от температуры смеси на впуске при значениях расхода топлива, равных соответственно 0 34 и 0 83 г / с. Значения р в разных цилиндрах существенно различаются. При этом отношение средних индикаторных давлений в различных цилиндрах не всегда остается постоянным ( например, р - во втором цилиндре не всегда выше, чем в первом), что свидетельствует о том, что в данном случае имеет значение множество факторов: неоднородность температур во впускном трубопроводе, незначительные отклонения между цилиндрами в значениях степени сжатия, различия в температурах поверхностей камеры сгорания, количество остаточных газов и др. Как будет показано в дальнейшем, момент воспламенения в различных цилиндрах при одинаковой температуре на впуске неодинаков. Это может привести к ситуации, когда сгорание в нескольких цилиндрах будет стабильным и устойчивым, а в других цилиндрах будут наблюдаться пропуски воспламенения. [9]

На базе полноразмерного двигателя ЯМЗ-236НЕ был создан опытный образец газожидкостного двигателя, в котором природный газ подавался во впускной коллектор ( центральная подача), а диметиловый эфир с повышающей его вязкость добавкой ( Lubrizol в количестве 50 - 100 ррт на 1 кг ДМЭ) - в штатную топливную аппаратуру высокого давления. Созданный двигатель не может быть полностью классифицирован как HCCI-двигатель, однако полученные результаты представляют определенный интерес, поскольку топливовоздушная смесь воспламенялась от сжатия. [11]

Страницы: 1

www.ngpedia.ru

Mazda готовит серийный бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия — Авторевю

Японская компания Mazda давно известна экспериментами с рабочим процессом двигателей внутреннего сгорания. Еще в начале девяностых она серийно выпускала компрессорные «шестерки», работавшие по экономичному циклу Миллера, а в 2012 году начала производство моторов семейства Skyactiv со степенью сжатия 14:1. Для бензиновых двигателей это очень высокий показатель, а для дизелей, наоборот, низкий. Теперь же японское деловое издание Nikkei сообщает, что ближайшей осенью Mazda представит новый бензиновый мотор Skyactiv II, в котором воспламенение горючей смеси осуществляется без свечей зажигания — при помощи сжатия, как в дизелях!

По общей терминологии рабочий цикл таких двигателей имеет обозначение HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition, то есть «воспламенение гомогенной смеси от сжатия». Над его реализацией инженеры работают не первый десяток лет, прототипы таких моторов еще в 2007 году показывали американцы из GM. Работают над циклом HCCI Daimler (там его называют DiesOtto), Volkswagen и Nissan, а о наработках компании Mazda мы писали еще три года назад. И, похоже, именно эта относительно небольшая фирма первой запустит серийное производство таких двигателей! По словам представителя немецкого подразделения Mazda Deutschland Йохена Мюнцингера, революционный мотор справит дебют на автомобиле Mazda 3 следующего поколения, который поступит в продажу в конце 2018 или начале 2019 года.

Интересно, что в издании Nikkei новый мотор описывают как вообще лишенный свечей зажигания. Однако во время нашего визита в исследовательский центр компании Mazda инженеры говорили, что цикл HCCI пока далек от идеала и без системы зажигания все же не обойтись. В мощностных режимах воспламенение останется принудительным, от искры, а при частичных нагрузках и на холостом ходу моторы будут переходить на «идеальный» цикл HCCI. И только Skyactiv третьего поколения, возможно, обойдется вообще без свечей зажигания. Степень сжатия нового мотора будет увеличена до невероятного показателя 18:1. Обещают, что внедрение таких двигателей позволит снизить расход топлива примерно на 30%, а вдобавок новый рабочий процесс сулит значительное снижение содержания в выхлопных газах окислов азота и сажи.

Впрочем, Mazda сейчас делает ставку не только на двигатели внутреннего сгорания. Как мы писали прошлой осенью, в 2019 году японская фирма представит серийный электромобиль.

autoreview.ru

GM создала бензиновый двигатель без свечей зажигания

Инженеры General Motors сообщили, что они закончили разработку новой системы впрыска топлива для бензиновых двигателей без свечей зажигания за счет сжатия (примерно как на дизелях). Сейчас идут испытания нового поколения моторов.

Новая система получила название «Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI)» (Компрессионное воспламенение однородной смеси). Система HCCI внедрена на двух действующих концепт-карах: Saturn Aura 2007-го года и Opel Vectra. В сочетании с такими технологиями, как система непосредственного впрыска топлива, регулирование фаз газораспределения и степени подъема клапанов, а также система измерения давлений в цилиндрах, система HCCI обеспечивает снижение расхода топлива на 15 % и соответствие наиболее строгим экологическим стандартам, которые станут обязательными в будущем. «Я помню споры об осуществимости данной технологии процесса сгорания еще со времен обучения в колледже», - вспоминает Том Стефенс (Tom Stephens), вице-президент, возглавляющий группу корпорации GM по повышению качества силовых агрегатов. «Тогда это казалось несбыточной мечтой. Но сегодня, используя математические методы прогностического анализа и другие средства разработки, мы, наконец, поняли, как превратить нашу мечту в реальность. Применяя технологию HCCI совместно с другими современными технологиями для бензиновых двигателей, а также совершенствуя управление рабочими процессами, мы добились внушительной экономии топлива»

Принцип действия системы HCCIТехнология HCCI предусматривает воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре путем ее сжатия. В отличие от искрового зажигания, а также от процесса сгорания в дизельном двигателе, технология HCCI позволяет реализовать высвобождение энергии топлива при низкотемпературном сгорании смеси сразу во всем объеме камеры сгорания - без факела пламени. Все топливо, находящееся в цилиндре, сгорает одновременно. Данный процесс позволяет получить такую же мощность, как у обычного бензинового двигателя, но при меньшем расходе топлива.

Для рабочего процесса системы HCCI необходима относительно высокая температура двигателя. Поэтому в период прогрева холодного двигателя используется обычное искровое зажигание. В этот период двигатель быстро нагревается до температуры, обеспечивающей как функционирование системы HCCI, так и работу каталитического нейтрализатора. В режиме HCCI используется обедненная смесь (топливовоздушная смесь с повышенным процентным содержанием воздуха). При работе на обедненной смеси коэффициент полезного действия бензинового двигателя близок к КПД дизеля, при этом, в отличие от дизеля, для очистки отработавших газов требуются только традиционно применяемые устройства. Напомним, что дизели требуют использования сложных и дорогостоящих систем снижения токсичности отработавших газов.

Система HCCI интегрируется с другими высокотехнологичными системами. Некоторые из них уже производятся и могут быть адаптированы к существующим бензиновым двигателям. Степень сжатия двигателя, использующего технологию HCCI, - такая же, как у обычных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива. Система HCCI совместима со всеми имеющимися в продаже сортами бензина, а также с топливом Е85 на базе этанола.

auto.mail.ru

Новости дня: Технологии, которые продлевают эпоху ДВС - Свободная Пресса

В последнее время все чаще можно услышать, что эпоха ДВС постепенно уходит. Отчасти, это соответствует действительности. Но производители бензиновых силовых агрегатов не собираются сдаваться без боя. Их силы направлены на создание технологий, которые позволят ДВС обрести второе дыхание.

Отказ от распредвалов

Еще недавно вряд ли кто-нибудь мог уверенно утверждать, что появятся силовые агрегаты, лишенные распределительных валов. А сейчас они есть. Их производит компания FreeValve («дочка» скандинавской Koenigsegg), которая доказывает, что будущее уже наступило.

В системе FreeValve каждый клапан не связан жестко с соседними и открывается индивидуально. Отсюда и название — «свободные клапаны». Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением, и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло.

Фишка FreeValve в том, что он подходит практически для любого автомобильного или мотоциклетного двигателя. Мало того, FreeValve позволяет в любой момент перевести двигатель на экзотический цикл работы, хоть Миллера, как на Mazda, хоть Аткинсона, как на Prius. А при желании мотор может в мгновение ока стать двухтактным, почти двукратно нарастив мощность.

Пожалуй, самое неожиданное свойство двигателя с независимыми клапанами — его надежность. Так, при обрыве ремня ГРМ в традиционном ДВС поршни «встречаются» с клапанами сразу во всех цилиндрах. В двигателе же FreeValve, если где-то и откажет привод клапана, «стуканет» всего один цилиндр, а остальные не пострадают.

Переменная компрессия силового агрегата

Соотношение между объемом камеры сгорания и полным объемом цилиндра называется степенью сжатия. Чем она выше, тем больше теоретически достижимая эффективность сгорания топлива. Однако попутно растет риск возникновения взрывного сгорания, то есть детонации. Поэтому для современных турбированных моторов стал актуален вопрос снижения степени сжатия на высоких оборотах.

Концерн Nissan реализовал такой механизм на рядной «четверке» 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo). Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора. Перемещение тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала.

В результате 2.0 VC-T на малых оборотах при небольших нагрузках — при крайнем верхнем положении траверсы — способен достигать очень высокой степени сжатия 14,0:1. А на высоких оборотах или под полным дросселем автоматика сдвигает ВМТ вниз — и степень сжатия падает до 8,0:1.

Мотористы Nissan уверяют, что такие двигатели станут альтернативой дизелям. При схожей экономичности они требуют менее сложных систем очистки выхлопа, и легче вписываются в жесткие экологические нормативы.

Технология HCCI

Технология HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) позволяет воспламенять топливную смесь бензинового ДВС не за счет искры от свечи зажигания, а от высокой температуры и давления, как в дизельных двигателях.

Эта технология прорабатывается инженерами уже несколько десятков лет. Прототип силового агрегата HCCI был представлен американской GM еще в 2007 году, но потом по непонятным причинам его доработка была приостановлена.

Сегодня наибольших успехов в этом направлении достигла Mazda, которая обещает внедрить моторы нового типа уже в 2019 году. Представители концерна гарантируют, что благодаря технологии HCCI их автомобили станут экономичнее примерно на 30%.

По сообщению инженеров Mazda, цикл все еще не совершенен (добиться стабильности HCCI весьма трудно), поэтому избавиться от системы зажигания пока не получится. Воспламенение будет принудительным в мощностном режиме, а при небольшой нагрузке или работе на холостом ходу должен будет запускаться цикл HCCI.

Специалисты уверены, что к помощи свечей прибегать не придется, если получится добиться степени сжатия 18:1. Предполагается, что это позволит дополнительно уменьшить расход горючего и снизить количество вредных окислов.

Двигатель Отто Дизеля | 5koleso.ru

Двигатель Отто Дизеля. Это не ошибка автора, а передовая разработка General Motor Power Train Europe

Процесс работы ДВС (процесс Отто) © GMPTE

Это не ошибка автора, а передовая разработка General Motor Power Train Europe.

У изобретателя рабочего процесса ДВС с воспламенением от сжатия Рудольфа Дизеля столь же знаменитого, как он сам, родственника или однофамильца по имени Отто не было. Фамилию Николауса Августа Отто, разработчика бензинового двигателя с воспламенением от свечи, хорошо знают на Западе, у нас же ее можно встретить лишь в специальной литературе. Такое ощущение, что «наши люди» считают, будто мотор с принудительным зажиганием изобрел человек по фамилии Бензин.

Но шутки в сторону. Оба рабочих процесса обладают своими достоинствами и недостатками. Для каждого требуется свой вид топлива. Не вдаваясь в подробности, отметим, что дизельный двигатель более эффективен, но заставить его работать на бензине нереально: горение топлива уподобляется взрыву, для использования энергии которого двигатель придется сделать, как минимум, более массивным. А степени сжатия мотора Отто недостаточно, чтобы достичь необходимой для воспламенения температуры воздуха.Но сегодня, когда снижение расхода топлива на 3–5% считается у конструкторов очень приличным результатом, весьма заманчивой кажется идея получить «ниоткуда», просто за счет иной организации работы клапанов и системы зажигания экономию в 15–25% (что подтверждается расчетами). И мотористам General Motors это, похоже, удалось. Разработанный ими процесс «управляемого самовоспламенения» получил название HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition — воспламенение гомогенного заряда от сжатия).

Название процесса достаточно точно отражает его суть. Рабочая смесь должна быть соответствующим образом подготовлена: для одновременного воспламенения всего заряда она должна быть абсолютно равномерно «размешанной» (гомогенной), а для экономии топлива — обедненной. Для управления процессом самовоспламенения в цилиндре размещается датчик давления. Для управления самим двигателем предусмотрены возможность регулирования фаз газораспределения и две ступени открытия (подъема) клапанов. Прямой впрыск топлива осуществляется форсункой, расположенной строго по центру камеры сгорания. Только так удается получить равномерный распыл бензина. В значительной мере HCCI базируется на стандартной конструкции серийно выпускаемых двигателей. Основные изменения «собраны» в головке блока цилиндров.

Эксплуатация опытного образца подтвердила работоспособность идеи и продемонстрировала 15-процентное снижение расхода топлива.

Запускается двигатель HCCI как обычный бензиновый и прогревается до рабочей температуры с использованием свечи зажигания. Принудительное воспламенение «включается» и при высокой нагрузке. На установившихся режимах двигатель работает по дизельному циклу. Недостающую теплоту заряд получает за счет рециркуляции отработанных газов: добавляя их в рабочую смесь, конструкторы решили сразу три задачи. Во-первых, снизили токсичность выхлопа, во-вторых, уменьшили расход, а в третьих — подогрели сжатый воздух в цилиндре до температуры воспламенения бензина.

Автомобили с двигателями HCCI уже проходят дорожные испытания. Это Opel, 2.2-литровые двигатели которых приспособлены для работы на бензине «по-дизельному».

Холодный пуск и высокие нагрузки требуют перехода на традиционное зажигание. Стандартные трехходовые каталитические нейтрализаторы сохраняют эффективность очистки отработанных газов в обоих режимах. В дизельном, по версии HCCI, процессе не требуется нейтрализация NOх.

О массовом внедрении HCCI говорить пока рано: процесс отработан для конкретного сорта бензина. В реальной же жизни топливо, продаваемое на различных заправках, отличается по своим физико-химическим свойствам. Так что General Motors предстоит решить еще одну техническую задачу — обучить мотор HCCI «всеядности».

5koleso.ru

Отключим пару цилиндров? Бензиновые двигатели берут реванш

В последнее время все чаще можно услышать, что эпоха ДВС (двигателей внутреннего сгорания) постепенно уходит. Отчасти, это соответствует действительности. Но производители бензиновых силовых агрегатов не собираются сдаваться без боя. Их силы направлены на создание технологий, которые позволят ДВС обрести второе дыхание. Вот технологии, благодаря которым бензиновые силовые агрегаты успешно противостоят гибридам и электромоторам.

1. Отказ от распредвалов

Еще недавно вряд ли кто-нибудь мог уверенно утверждать, что появятся силовые агрегаты, лишенные распределительных валов. А сейчас они есть. Их производит компания FreeValve ("дочка" скандинавской Koenigsegg), которая доказывает, что будущее уже наступило.

Фото: Getty Images

В системе FreeValve каждый клапан не связан жестко с соседними и открывается индивидуально. Отсюда и название — "свободные клапаны". Открывает клапаны пневматика, а закрывает — гидравлика. И пневматическая, и гидравлическая системы постоянно находятся под давлением, и готовы сообщить клапану максимум энергии. Задача электрического привода — лишь вовремя подавать к клапану воздух или масло.

Пожалуй, самое неожиданное свойство двигателя с независимыми клапанами — его надежность. Так, при обрыве ремня ГРМ в традиционном ДВС поршни "встречаются" с клапанами сразу во всех цилиндрах. В двигателе же FreeValve, если где-то и откажет привод клапана, "стуканет" всего один цилиндр, а остальные не пострадают.

2. Переменная компрессия силового агрегата

Концерн Nissan реализовал такой механизм на рядной "четверке" 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo). Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора. Перемещение тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала.

Фото: Getty Images

3. Технология HCCI

Фото: Getty Images

4. Деактивация цилиндров

Мощные бензиновые моторы, разумеется, потребляют много топлива. Понимая, что современный потребитель умеет считать деньги, конструкторы решили прибегнуть к хитрости — ограничить работу части цилиндров. Ведь если часть цилиндров отключать во время равномерного движения, на скорости автомобиля это никак не скажется. В то же время человек за "баранкой" будет знать, что в его распоряжении имеется резерв мощности, и при необходимости им можно воспользоваться.

Павел Жуков

avtomir.zahav.ru