Оңтайландырылған сорғыш жинақтауыштар қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициентін арттырады ма?

Кіріс коллекторының конструкциясының көлемдік және жылулық тиімділікке тікелей әсері

Көлемдік тиімділік — жану тиімділігінің негізгі қозғаушы күші

Көлемдік пайдалану коэффициенті (қысқаша VE) негізінен қозғалтқыштың цилиндрлерге ауа құйып отырғанын оның физикалық қабілетінің шегіне қатысты қаншалықты жақсы орындайтынын көрсетеді. VE көрсеткіші артқан сайын, жану камерасы ішіндегі ауа-отын қоспасының тығыздығы да артады, бұл жанудың жақсаруы мен шығатын қуаттың өсуіне әкеледі. Кіріс коллекторларының пішіні мен өлшемі осы жерде үлкен рөл атқарады. Жолақтардың ұзындығы мен плenumдардың көлемі инерция мен қысым толқындары сияқты физикалық заңдылықтарға негізделген әртүрлі ауа ағысын қалыптастырады. Мысалы, ұзын жолақтар төмен айналу жиілігі (RPM) ауқымында жақсы жұмыс істейді, себебі олар акустикалық резонанс әсерін пайдаланады. Ал қысқа жолақтар қозғалтқыш жоғары айналу жиілігінде жұмыс істеген кезде ауаның тез қозғалуына мүмкіндік береді, бірақ әрқашан қандай да бір компромисс болады. Көптеген адамдар VE-ні шамамен 10 пайызға арттыру қуатты шамамен 3–5 ат күшіне дейін арттырады деп есептейді, себебі отын толығырақ жанады. Дегенмен, нашар коллекторлардың жобасына назар аударыңыз. Мұндай жобалар турбулентті ауа ағысын немесе тіпті кіріс жолына қарама-қарсы ағыс пайда болуын тудыруы мүмкін, нәтижесінде кейбір цилиндрлер отынға айтарлықтай құрыққан күйде қалып, артық шығарылған жанбаған көмірсутектердің мөлшерін арттырады.

Неге пик көлемдік тиімділік жоғары жылулық тиімділіктің кепілдігі емес: Заряд температурасы мен жану фазасының рөлі

Көлемдік тиімділікті (VE) жай ғана максималдау ең жақсы жылулық тиімділікті қамтамасыз етпейді, себебі заряд температурасы мен жану фазасы сияқты факторлар да осындай маңызды. Кіріс жинағыштары қызуға ұшыраған кезде кіріс ауасының температурасы 15–20 °C-қа дейін көтерілуі мүмкін. Бұл оттегі тығыздығын төмендетеді, мәселен, VE көрсеткіші қағазда жақсы болса да. Көтерілу құбылысын (knock) болдырмау үшін қозғалтқыштар көбінесе бай қоспаларда жұмыс істейді, нәтижесінде мүмкін болатын энергиялық ұтыстардың 7–9 пайызы шығынға ұшырайды. Сонымен қатар, ауа ағысы жинағыштар бойынша біркелкі таралмаған жағдайда әртүрлі цилиндрлерге ауа мен отынның әртүрлі мөлшері беріледі. Тым аз қоспалар кешігіп тұтанады, ал тым бай қоспалар уақытынан бұрын детонацияға ұшырайды. Екі жағдай да қозғалтқыштың жалпы өнімділігіне зиян келтіреді. Нағыз жылулық тиімділікті жақсарту үшін инженерлер VE оптимизациясын заряд температурасын дұрыс басқарумен теңестіруі керек. Егер бұл компоненттер бірлесіп жұмыс істемесе, потенциалды жылулық тиімділіктің 10–12 пайызы, VE қаншалықты жоғары болса да, жай ғана жоғалып кетеді. Сондықтан қазіргі заманғы қозғалтқыштардың конструкциясына осы проблемаларды тікелей шешу үшін жылулық барьерліқ қаптамалар, жылуға төзімді плenum камералары және арнайы салқындатылатын жинағыш беттері сияқты шаралар енгізілген.

Түзетілген ұзындықтағы сорғыш жинақтауыштар: Айналымдардың мақсатты түрде реттелуі және шынайы әлемдегі пайдалы әсерлілікке әсер ететін компромисстік шешімдер

Резонансты реттеу, қысым толқыны динамикасы және олардың жартылай газдың ашылуы кезіндегі отын шығынына әсері

Резонанстық реттеу — бұл арнайы жанғыш қоспаның цилиндрлерге толуын жақсарту үшін кіріс жолдары арқылы өтетін қысым толқындарын пайдаланатын әдіс. Кіріс клапаны жабылған кезде, жол бойымен жоғары қарай қысу толқыны таралады. Егер барлығы дәл келсе, бұл толқын келесі клапан ашылған сәтте қайта оралады және белгілі бір күшейту эффектісін туғызады. Бұл құбылыс инерциялық суперзарядтау деп аталады, себебі ол қосымша механикалық бөлшектерді қажет етпей-ақ қозғалтқышқа ауа көлемін арттырып соруға мүмкіндік береді. Қозғалтқыштардың газ табағына қарсы көп энергия жұмсайтын жартылай газ табағын ашу режимінде жақсы резонанстық реттеу қозғалтқыштың ауа сору үшін жұмсайтын күшін төмендетеді. Өткен жылғы SAE зерттеулеріне сәйкес, мұндай жүйелер қалалық жағдайларда автомобильдердің отын шығынын шамамен 4 пайыздан 6 пайызға дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Негізгі себебі — жоғары емес айналу жиілігінде қозғалтқыштың энергиясының аз шығыны мен жақсарған жұмыс сапасы. Дегенмен, бұл жүйенің негізгі кемшілігі мынада: көбінесе тұрақты ұзындықтағы кіріс жинағыштары тек өте шектеулі айналу жиілігі ауқымында ғана жақсы жұмыс істейді. Сондықтан инженерлер негізінен төмен айналу жиілігіндегі жақсы реакция немесе жоғары айналу жиілігіндегі қуатты шығыс арасында таңдау жасауға мәжбүр болады, өйткені стандартты конструкцияларда екеуін бір уақытта қамтамасыз ету мүмкін емес.

Жағдай-зерттеу: Турбобығытқыштың тікелей алты цилиндрлі қозғалтқышындағы айнымалы ұзындықтағы кіріс жинағышы және оның төмен айналу жиілігіндегі моментті 7,2% арттыруы мен ең аз тиімділік шығыны

Сұраққа келген турбобығытталған тікелей алты цилиндрлі қозғалтқыш электронды басқарылатын екі жолды кіріс жинағыш құбырымен жабдықталған. Шамамен 3500 айн/мин-тен төмен жұмыс істеген кезде жүйе ұзын кіріс жолақтарын іске қосады, бұл ауа тығыздығын арттыру арқылы төмен айналымдардағы бұрғылау моментін күшейтеді. Сынақтар осы орнату тұрақты күйде жұмыс істеген кезде бұрғылау моментін шамамен 7,2% арттыратынын көрсетті, сондықтан көлік күнделікті жолдарда қозғалысқа әлдеқайда ыңғайлы болады. Сынақ кезеңдерінде жүргізілген өлшеулерге сәйкес, барлығы оптималды деңгейде жұмыс істеген кезде отын шығыны шынымен 1%-дан аз ғана артады. Алайда қозғалтқыш 3500 айн/мин-тен жоғары айналымға жеткен кезде ол ауа ағысына кедергі туғызбайтын қысқа жолақтарға ауысады және жоғары жылдамдықта жақсы өнімділікті сақтайды. Бұл технологияны қызықтыратын нәрсе — оның жылдам реакция уақыты мен отын үнемділігі арасындағы дәстүрлі компромиссті бұзуы. 2023 жылы «Халықаралық қозғалтқыш зерттеулері журналында» жарияланған зерттеулер бұл тұжырымды растайды: айнымалы ұзындықтағы кіріс жүйелері төмен айналымдарда қуат беруді жақсартуға мүмкіндік береді, бірақ отын шығынына қатты әсер етпейді. Сондықтан біз өндірістік қозғалтқыштары үшін осындай тәсілді барлық жаңа өндірушілер қабылдап жатыр.

Интеграция аралық салқындату және сорғыш жинағындағы заряд температурасын реттеу

Сорғыш ауасының 45°C-тан төмен температурасының артықшылықтары: Эмпирикалық жылулық пайдалы әсер коэффициентінің өсуі

Турбодвигателдердегі жылулық тиімділікті шынымен арттыру үшін кіріс ауасының температурасын 45°C (шамамен 113°F) төменде ұстау көрсетілген. Ауа салқын болған кезде, ол әрбір цилиндрдегі жұмыс жүрісіне көбірек оттегін тығыз етеді, бұл отынның толық жануын қамтамасыз етеді, жану уақытын дәлірек реттеуге мүмкіндік береді және детонациядан сақтану үшін артық отын қосудың қажеттілігін азайтады. Біз бұл жүйені айнымалы клапандық басқару және коллекторға тікелей орналасқан интеркулері бар 2,3 литрлік турбоқонфигурацияда сынақтан өткіздік. Нәтижелер нағыз-ақ таң қалдырған болатын — стандартты динамометрлік сынақтарымыз кезінде жылулық тиімділік шамамен 2,3% артты, ал өндірілетін әрбір энергия бірлігіне кететін отын шығысы шамамен 3,1% азайды. Бұл жүйенің қандай себептен осылай жақсы жұмыс істейтіні неде? Ол турбодан кейінгі өте ыстық ауа зарядтарын (әдетте 150–200°C аралығында) цилиндр порттарында ғана қолданылатын бақыланатын деңгейге дейін төмендетеді. Енді ұзын ауа өткізгіштері арқылы жылу жоғалту немесе дәстүрлі алдыңғы орналасқан интеркулерлердің тудыратын кешігулерімен күресу қажет емес. Сондай-ақ, температураның тез тұрақтануы және тар ауқымда ұзақ уақыт бойы сақталуы әртүрлі жұмыс режимдерінде жану процесін көп ұзамай болжауға мүмкіндік береді, нәтижесінде біз өлшеген нақты тиімділік артуына әкеледі.

Отын берілуінің интеграциясы: инжекторды орналастыру және кіріс қорапшасында ауа-отын үлестіруін оптималдау

Инжекторлардың сорғыш жинақтағы орны отырыс процесінің қаншалықты тиімді өтетіндігіне нақты әсер етеді, себебі бұл отырыс қоспасының қаншалықты майда бөлінгенін және әрбір цилиндрге бірдей қоспа берілетінін анықтайды. Инжекторлар ұзын сорғыш трубаларының жоғарғы бөлігіне орнатылған кезде отырыс қоспасының жану камерасына жеткенше булануына көп уақыт беріледі. Бұл іс жүзінде келетін ауа зарядын салқындатуға көмектеседі және максималды қуат шығысын арттырады. Алайда инжекторларды сорғыш клапандарына жақын орнату газдың тез реакциясын жақсартады, себебі бұл жағдайда отырыс қоспасының қабырғаларға жабысуы немесе қозғалтқыш тоқтатылғаннан кейін қалдықтарының қалуы азаяды. Қазіргі заманғы көптеген қозғалтқыштардың конструкциясы қолданылатын екілік инжекция жүйелері деп аталады. Бұл жүйелер қозғалтқыш ауыр жұмыс істемейтін кезде порттық отырыс беру жүйесін, ал максималды қуат қажет болған кезде тікелей инжекцияны қолданады. Дегенмен, осындай күрделі жүйелер болса да, инженерлер барлық параметрлерді дұрыс тепе-теңдікке келтірумен әлі де қиындықтарға ұшырайды. Сорғыш жолдарының пішіні әрқашан симметриялы болмайды, сондықтан ауаның цилиндрлер арасында біркелкі ағуын қамтамасыз ету үшін уақытша параметрлер мен басқа да реттеулерді түзету қажет. Егер осы тепе-теңсіздіктерді жоюға ұмтылмаса, кейбір цилиндрлер бай қоспа, ал басқалары — ашық қоспамен жұмыс істеуі мүмкін; бұл SAE зерттеулеріне сәйкес жалпы қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициентін 5% дейін төмендетуі мүмкін. Барлық жұмыс режимдерінде тұрақты отырыс беруді қамтамасыз ету үшін тек негізгі ағыс сынақтарынан асып түсу қажет. Инженерлер шынайы жұмыс кезіндегі қысым мен температураның өзгерістерін ескеретін компьютерлік модельдеулерді пайдалана отырып, отырыс қоспасының қайда барадығын карталауға тиіс.