frajerzy silnika: owinąć głowę wokół tej Bezgłowej konstrukcji
pięcioletnie, w dużej mierze daremne wysiłki Mazdy na rzecz obrotowego silnika pokazują, jak trudno jest wyłączyć konwencjonalny silnik tłokowy. Jednak wciąż pojawiają się nowe koncepcje, zwłaszcza biorąc pod uwagę nieustające dążenie branży do wydajności. Większość z nich nigdy nie przekracza etapu projektowania, a nawet kredki. Ale oto jeden projekt, który jest dobrze rozwijany i wykazuje znaczną obietnicę.
jest to silnik Achatesa, którego prototyp został pokazany w pickupie Forda F-150 na Salonie Samochodowym w Detroit w 2018 roku. Silnik ten miał trzy długie cylindry z rzędu, z jednym wałem korbowym poniżej, a drugim nad rzędem cylindrów. Para przeciwległych tłoków w każdym cylindrze, każdy połączony z własnym wałem korbowym.
Jak to działa
silnik jest dwusuwowy tłokowy, co oznacza, że nie ma zaworów. Zamiast tego otwory w ściankach cylindrów są odsłonięte, gdy tłoki znajdują się na dole ich skoków. Dolne porty to wloty, a górne są wydechami, a wydech prowadzi wlot o około 10 stopni, aby upewnić się, że wydechy otworzą się jako pierwsze. Gdy oba są otwarte, doładowarka wdmuchuje świeże powietrze do cylindra na jednym końcu, aby wypchnąć gazy spalinowe z drugiego końca. Następnie tłoki zaczynają przesuwać się ku sobie, pokrywając oba porty i ściskając powietrze. Paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do cylindra, gdy tłoki znajdują się pod koniec ich podróży. W ten sposób nie ma udarów dolotowych i wydechowych, jak w konwencjonalnym silniku czterosuwowym-tylko udary sprężania i mocy. Prawdopodobnie łatwiej jest to zrozumieć, oglądając tę animację, dostarczoną przez producenta.
podstawowy układ silnika Achates istnieje już od jakiegoś czasu. Niemiecka Luftwaffe zaczęła używać podobnych diesli Junkers Jumo w dużych samolotach w 1932 roku. Większy silnik wysokoprężny Fairbanks-Morse napędzał większość okrętów podwodnych US Navy w czasie II Wojny Światowej i nadal zapewnia zasilanie rezerwowe nowoczesnym okrętom podwodnym z napędem jądrowym.
zrobienie Starego pomysłu nowym
Achates wykorzystał tę podstawową konstrukcję i poprawił charakterystykę spalania, zapewniając jednocześnie możliwość dostosowania pracy silnika do różnych warunków i paliw. Znaczna część rozwoju koncentruje się na wersjach z silnikiem wysokoprężnym, ale firma pracuje również nad wersjami benzynowymi bez świec zapłonowych—koncepcją HCCI (Homogenic Charge Compression Ignition), którą wielu opracowuje, ale nikt nie udoskonalił.
teoria sugeruje, że silnik tłokowy ma przewagę wydajności, ponieważ ponieważ nie ma głowic cylindrów, mniej ciepła jest tracone do układu chłodzenia. Pomyśl o konwencjonalnej komorze spalania, w której powierzchnie składają się z korony tłoka, krótkiego obwodu cylindrycznego i głowicy cylindra. W konstrukcji OP każda para cylindrów łączy się, więc głowice są eliminowane.
Ponadto, ponieważ komora spalania każdego tłoka łączy się z innym, powstała komora jest grubsza i mniej podobna do cienkiej tarczy. Achates zwiększa tę przewagę, stosując skok nawet 1,3 razy dłuższy niż otwór. Achates starannie kształtuje korony tłoka, aby zapewnić wir i upadek do ładunku wlotowego, aby promować szybkie i stabilne spalanie.
dwa przeciwstawne wtryskiwacze bezpośrednie-każdy dostarczający wiele starannie dobranych tryskaczy-zapewniają dokładne rozprowadzenie paliwa, aby spalić większość powietrza i ograniczyć wytwarzanie cząstek stałych. Stopień sprężania około 18,0:1 dla wersji benzynowej z zapłonem samoczynnym (GCI) i nieco mniej dla oleju napędowego zapewnia dobry współczynnik rozszerzalności, aby uzyskać maksymalną energię mechaniczną z każdego zdarzenia spalania.
doskonały Scavenging jest kluczem
sekretnym sosem do tej pracy jest zdolność do kontrolowania scavenging w silniku. Doładowanie, które dostarcza Niskociśnieniowe powietrze do oczyszczania cylindrów, ma napęd dwubiegowy i można go również ominąć. Ta elastyczność pozwala cylindrowi być mniej niż w pełni oczyszczonym w pewnych warunkach. Na przykład podczas zimnego rozruchu częściowe oczyszczanie pozostawia w cylindrze wiele produktów spalania z poprzedniego cyklu (wewnętrzna recyrkulacja spalin). To podnosi temperaturę spalania i dostarcza gorętszy strumień spalin, aby uzyskać katalizatory do temperatury roboczej.
takie gorętsze środowisko spalania pomaga również spalanie przy niskich obrotach i przy lekkich obciążeniach, co stanowiło problem dla konwencjonalnych silników HCCI. Na biegu jałowym, na przykład, zatrzymane spaliny wynosi około 50 procent. Przy wyższych wyjściach mocy cylinder jest bardziej całkowicie oczyszczony, aby utrzymać szczytową temperaturę spalania, ograniczając w ten sposób emisję tlenków azotu (NOx). Pomocne jest również to, że podczas gdy silnik ma również turbosprężarkę, aby przejąć od doładowania przy większych obciążeniach i poprawić wydajność, silnik nie działa z dużym ciśnieniem doładowania. Zamiast tego dwusuwowa konstrukcja, z dwukrotnie większą liczbą skoków mocy na obrót, pozwala silnikowi dopasować moc konwencjonalnego silnika bez większego doładowania, nawet gdy jest on zmniejszony o 20 do 30 procent pojemności skokowej.
chociaż w tym silniku nie ma konwencjonalnego układu napędowego, ogólne tarcie jest podobne do konwencjonalnego silnika ze względu na drugi wał korbowy, solidny układ zębaty łączący dwie korby i potrzebę napędzania doładowania. Waga jest również w przybliżeniu porównywalna. Silnik jest wyższy niż konwencjonalny silnik, ale przechylając go, na ogół mieści się pod istniejącymi okapami.
wydajniejszy od Priusa?
Achates twierdzi, że wersja GCI tego silnika osiągnie szczytową sprawność 44 procent. To tylko 10 procent lepsza niż 40 procent sprawność deklarowana przez silnik z cyklu Atkinsona w obecnej Toyocie Prius, ale Larry Fromm, wiceprezes wykonawczy ds. rozwoju biznesu w Achates, mówi, że silnik Achates zapewnia tę wydajność w znacznie szerszym zakresie obrotów i obciążenia niż silnik Prius. Na przykład, silnik Achates GCI w Fordzie F-150 mówi się, aby osiągnąć 30 procent lepsze zużycie paliwa w cyklu EPA niż najbardziej wydajny silnik benzynowy Forda, 2,7-litrowy EcoBoost V-6. Oznaczałoby to łączną ocenę około 29 mpg-lub 4 mpg wyższą niż Ford 3.0-litrowy diesel V-6 w wersji z tylnym napędem tego samochodu.
Niestety nie widzimy silnika Achates pod maską samochodu lub ciężarówki przez kilka lat. Achates nie planuje samodzielnie budować silników, ale zamierza licencjonować swoją technologię uznanym producentom. Ma już związek z Fairbanks-Morse, który wykorzystuje technologię Achates na 12-cylindrowym, 24-tłokowym, 5000-km, 95,000-funtowym stacjonarnym oleju napędowym używanym do wytwarzania energii. Fairbanks-Morse twierdzi, że sprawność cieplna wynosi 50%.
Achates współpracuje również z Cummins nad opracowaniem silnika tłokowego o mocy 1000 km do napędzania pojazdów bojowych dla armii USA. Fromm mówi, że firma prowadzi rozmowy z kilkoma głównymi producentami samochodów, którzy są zainteresowani wersją GCI. Ale nie mając jeszcze nic konkretnego, a przy długich czasach rozwoju i testowania nowych silników, nie zobaczymy silnika Achates na drodze przez co najmniej pięć lat.
zastosowania motoryzacyjne mogą obejmować hybrydy typu Plug-In
Jeśli uważasz, że do tego czasu samochody elektryczne wyeliminują potrzebę stosowania silników spalinowych jakiegokolwiek rodzaju, pomyśl jeszcze raz. Jeśli wydajność silnika zostanie zrealizowana w produkcji, osiągnięcie 2025 federalnych standardów gospodarki paliwowej może być łatwiejsze i tańsze dzięki projektowi Achates niż poprzez zastosowanie elektryfikacji. Fromm zwraca uwagę, że silniki o przeciwnych tłokach są z natury gładkie, więc jednocylindrowa, dwu tłokowa wersja może stanowić idealny wzmacniacz zasięgu dla PHEV, zwłaszcza że można go przekształcić w płaski pakiet schowany pod bagażnikiem lub siedzeniem. Tylko czas pokaże, czy Achates złamał kod dla silników tłokowych w samochodach i ciężarówkach.
Leave a Reply