Obsah tohoto článku je založen na zprávě o technickém hodnocení, která byla v roce 2021 založena na technickém hodnocení, která byla společností CAELP v roce 2021. Mnoho z těchto technických řešení bylo implementováno na současném trhu.
1. Technologie smíšeného ředění plynu
Specifická hodnota poměru tepla se zvyšuje prostřednictvím EGR nebo ředění vzduchu, čímž se zvyšuje množství práce přenesené pístem během expanzního zdvihu. Následující obrázek ukazuje vliv kompresního poměru (CR) a hodnotu 𝛾 na účinnost přeměny paliva cyklu konstantního objemu. Hodnota vzduchu 𝛾 je přibližně 1,4, zatímco hodnoty spalovacích produktů (oxid uhličitý a vodní pára) jsou nižší, téměř 1,3. Hodnota 𝛾 hodnoty směsi ve válci zředěná vzduchem je vyšší ve srovnání se směsí zředěnou recirkulací chlazení výfukových plynů (CEGR). Díky tomu je motor s štíhlým spalováním (ředění vzduchu) efektivnější při stejném ekvivalentním zředění (tj. Poměr paliva k palivovému plynu směsi ve válci).
1. Technologie smíšeného ředění plynu
Specifická hodnota poměru tepla se zvyšuje prostřednictvím EGR nebo ředění vzduchu, čímž se zvyšuje množství práce přenesené pístem během expanzního zdvihu. Následující obrázek ukazuje vliv kompresního poměru (CR) a hodnotu 𝛾 na účinnost přeměny paliva cyklu konstantního objemu. Hodnota vzduchu 𝛾 je přibližně 1,4, zatímco hodnoty spalovacích produktů (oxid uhličitý a vodní pára) jsou nižší, téměř 1,3. Hodnota 𝛾 hodnoty směsi ve válci zředěná vzduchem je vyšší ve srovnání se směsí zředěnou recirkulací chlazení výfukových plynů (CEGR). Díky tomu je motor s štíhlým spalováním (ředění vzduchu) efektivnější při stejném ekvivalentním zředění (tj. Poměr paliva k palivovému plynu směsi ve válci).
1.1 Nekatalytické speciální reformování ve válci (D-EGR)
Vyhrazený systém EGR vyvinutý společností Southwest Research Institute (SWRI). Tento systém generuje reformovaný plyn s vysokými koncentracemi H₂ a CO přeměnou jednoho válce na režim spalování bohatého na olej. Tyto reformní plyny jsou zavedeny do sacích portů jiných válců a úplné spalování ve spalování SI [10]. Demonstrační test SWRI D-EGR provedený na 2,4-litrovém motoru PFI přirozeně aspirovaný motor naznačuje, že spotřeba paliva se zlepšila o více než 10% v průběhu provozního rozsahu motoru.
1.2 Reformování smyčky smyčky pro katalytické odpady
Jeden z válců pracuje v poměru libového paliva a po spalování přijímá technologii sekundárního vstřikování paliva. Výfukový plyn z tohoto válce je ošetřen ložním ložiskem katalyzátoru a generuje reformující plyn bohatý na vodík prostřednictvím endotermických reakcí. Při testu 2,0litrového GM ECOTEC LNF DI motoru, když rychlost rotační rychlosti dosáhla 2000 ot / min a hodnota zvýšení byla 4 bar, byla dosažena koncentrace vodíku 5%. Poměr objemu recirkulace odpadního plynu byl zvýšen z méně než 25% na více než 50%. Účinnost tohoto motoru v provozním bodě se ve srovnání s hodnotou benchmarku zvýšila o 8%.
2. optimalizace poměru rozšiřování
Motor s vysokým geometrickým kompresním poměrem, ale efektivní kompresní poměr nižší než účinný poměr expanze je účinným způsobem, jak zlepšit účinnost motoru. V hromadně vyráběných motorech se cykly nadměrného expanze obvykle dosahují uzavřením sacích ventilů předem (EIVC) nebo oddálením uzavření sacích ventilů. Kratší tah s kratším sacím vede ke snížení množství komprese zataženého motorem na cyklus, takže k udržení stejného točivého momentu/výkonu je nutný motor s větším rozvodem jako motory mimo Atkinson/Miller. U přeplňovaných motorů lze ztrátu objemu sacího zdvihu kompenzovat zvýšením tlaku zvýšení. Motory s přeplňovanými Millerovy cykly mají vyšší poměr expanze a nižší teploty výfukových plynů, čímž snižují poptávku po spalování štíhlé.
Jednou z výzvy, které čelí při přijímání strategií EIVC a LIVC, je to, že turbulence na konci kompresní mrtvice oslabí. Obrázek 6 níže ukazuje změny v turbulentní kinetické energii (TKE) ve válci, když jsou ve srovnání s referenčním motorem přijaty strategie EIVC a LIVC. Toto snížení TKE povede ke snížení účinnosti spalování a nestability spalování. V některých případech to může ve srovnání s benchmarkovým motorem vést dokonce ke snížení účinnosti a zvýšení emisí.
Následující obrázek ukazuje plán optimalizace návrhu požadovaný pro motor typu B třetí generace EA888 (2,0-litrový čtyřválec), který udržuje úroveň turbulence ve válce předchozího generačního motoru s nemillivorem. Tento motor přijímá technologii EIVC k dosažení Millerova cyklu a je nutné udržovat turbulenci uvnitř válce a účinnosti spalování pomocí optimalizace návrhu motoru.
3. poměr menšího válce
Následující obrázek ukazuje změny ve třech hlavních faktorech, které určují optimální poměr zdvihu moru: rychlost pístu, poměr povrchové plochy k objemu a pokles tlaku na obou stranách sacího ventilu. Optimální poměr zdvihu je určen následujícími faktory:
Průměrná rychlost pístu: Čím delší je zdvih, tím vyšší je průměrná rychlost pístu, přičemž omezuje maximální rychlost motoru. Ať už se jedná o přepsané nebo přirozeně aspirované motory, většina z nich v dnešní době nedosáhla horní hranice průměrné rychlosti pístu, kterou může současná technologie dosáhnout (asi 25 m/s).
Charakteristiky poklesu tlaku ventilu: Motory s velkým návrhem poměru otvoru mohou zvětšit velikost ventilu a vytvořit větší plochu průchodu průtoku (tj. Zóna průtoku), čímž se sníží pokles tlaku na obou koncích ventilu a zlepšuje objemovou účinnost. Při vysokých rychlostech však objemová účinnost motorů s nízkým poměrem otvorů klesne, což povede k předčasnému útlumu točivého momentu a energie v rozsahu rychlosti motoru.
Účinnost přenosu tepla: Nižší kompresní poměr (BSR) sníží poměr povrchové plochy k objemu spalovací komory (zejména v blízkosti horního mrtvého středu spalování), čímž oslabuje účinek přenosu tepla. Jak se kompresní poměr zvyšuje, roste poměr povrchové plochy k objemu a objemu spalovací komory, což vede ke zvýšení ztráty přenosu tepla a kompenzaci některých výhod přinášejících zlepšení účinnosti. Tento účinek je zvláště významný u motorů cyklu Atkinson-Miller s extrémně vysokými geometrickými kompresními poměry.
Detonační odolnost způsobená vzdáleností šíření plamene: Menší poměr průměru válce zkrátí vzdálenost šíření plamene, čímž se zkrátí dobu uvolňování tepla (zvětšuje podíl spalování konstantního objemu). Zkrácení doby spalování také zkrátí detonaci (doba, kdy se terminální plyn dosáhne podmínky samoobsluhy, je kratší). To umožňuje vyšší kompresní poměr.
Turbulence ve válci a rychlosti spalování: Jak se zvyšuje rychlost pístu, turbulence ve válci se zesiluje. Pokud jsou otvor a mrtvice relativně nízká, za stejných podmínek otáčení a posunu je rychlost rotace pístu ve skutečnosti vyšší. Tato zvýšená turbulence může urychlit míru spalování a snížit tendenci detonace (protože čas, aby se terminální plyn dosáhl stavu samoobsluhy). To umožňuje motoru přijmout vyšší kompresní poměr.
4. optimalizace tepelného řízení
Typický motor SI generuje velké množství tepla během spalování, z něhož se asi jedna třetina přenáší na stěnu válce a další třetina se ztratí na chladicí kapalinu. Klíčové technologie pro snižování ztráty přenosu tepla zahrnují:
Zvýšení zadržené štíhlé směsi může snížit teplotu spalování, čímž se sníží ztráty přenosu tepla
Motory navržené s nízkým poměrem povrchové plochy (BSR) mohou účinně snížit poměr povrchové plochy k objemu spalovací komory, což dále minimalizuje ztráty přenosu tepla
Systém rozdělení chlazení - Nastavením nezávislých chladicích obvodů pro blok válce a hlavu válce lze udržovat optimální pracovní teplotu válce a bloku válce. Hlavy válců s nízkou teplotou mohou zabránit klepání a podporovat provoz vysokého kompresního poměru. Stěny s vysokým teplotou válců mohou snížit ztráty přenosu tepla a nižší tření. Systém rozdělení chlazení může také urychlit předehřívání spalovací komory, zvýšit stabilitu spalování a snížit emise během studených startů.
Potahování tepelné bariéry, prostřednictvím složené struktury keramických povlaků (jako je YSZ YTTRIA stabilizovaná zirkonia) a vrstvy kovových vazeb, mohou snížit teplotu stěny spalovací komory o 150–300 stupňů a snížit ztrátu tepelného tepla prostřednictvím bloku válce a Piston PISTON a PISTON (PŘIPOJENÍ POVINNOSTI PŘIPOJU
Shrnutí
Následující obrázek shrnuje vliv různých technologií na každé spojení provozu motoru. Zelená část označuje pozitivní účinky, zatímco červená část představuje negativní dopady. Například technologie chlazení EGR může zvýšit specifickou tepelnou kapacitu směsi ve válci, snížit ztráty přenosu tepla a tím zlepšit účinnost motoru. Současně však bude mít tato technologie nepříznivý dopad na stabilitu spalování a míru spalování. Kombinace s vysokoenergetickým zapalovacím systémem a návrhem motoru s nízkým otvorem bude mít více výhod. Některé slabé interakce nejsou na obrázku ukázány, jako je vliv kompresního poměru (za stejného poměru vrtání válce) na parametry, jako je přenos tepla.
