Đổi mới đột phá Nâng cao hiệu suất của ô tô lên tầm cao mới Động cơ SKYACTIV

Những khả năng và các vấn đề của một tỷ lệ nén cao

Tăng tỷ lệ nén đáng kể nâng cao hiệu quả nhiệt. Tỷ lệ nén của động cơ khí gần đây nói chung khoảng 10: 1 đến 12: 1.

Về mặt lý thuyết, nếu tỷ lệ nén được nâng lên từ 10: 1 đến 15: 1, hiệu suất nhiệt sẽ cải thiện khoảng 9%. Tuy nhiên, một trong những lý do ngăn chặn sự lây lan của động cơ khí nén tỷ lệ cao là giảm mômen lớn do gõ (hình 1).

Kéo là sự đốt cháy bất thường, trong đó hỗn hợp không khí-nhiên liệu đốt cháy sớm do tiếp xúc với nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra tiếng ồn tần số cao không mong muốn. Khi tỷ số nén tăng lên, nhiệt độ tại trung tâm chết trên đỉnh (TDC) cũng tăng lên, tăng khả năng gõ.

Hình 1: Giảm momen do tăng tỷ lệ nén

Để giảm nhiệt độ khi nén TDC, việc giảm lượng khí thải nóng còn lại bên trong buồng đốt sẽ có hiệu quả. Ví dụ: với tỷ lệ nén 10: 1, nhiệt độ khí còn lại là 750 độ. C, và nhiệt độ không khí nạp là 25 độ. C, nếu 10% lượng khí thải còn lại, nhiệt độ bên trong xi lanh trước khi nén tăng khoảng 70 độ. C, và nhiệt độ nén tại TDC được tính toán để tăng khoảng 160 độ. C. Do đó, có thể dễ dàng suy luận rằng lượng khí dư có một tác động lớn đến việc gõ.

Các tính toán này được tóm tắt trong Hình 2, và như được chỉ ra, nếu lượng khí dư được giảm một nửa từ 8% xuống 4%, nhiệt độ nén TDC được tính vẫn giữ nguyên, ngay cả khi tỷ số nén tăng từ 11: 1 Đến 14: 1.

Việc giảm khí dư này được tập trung vào cho SKYACTIV-G, cho phép thực hiện động cơ xăng nén tỷ lệ cao.

Hình 2: Ảnh hưởng của việc giảm khí dư

Công nghệ kháng Knock

Hình 3: Giảm khí thải bằng hệ thống xả 4-2-1

Hệ thống xả 4-2-1

Một lựa chọn để làm giảm đáng kể khí dư là việc áp dụng một hệ thống xả thải 4-2-1. Như thể hiện trong Hình 3, khi ống xả thải ngắn, sóng cao áp từ khí bắt đầu ngay sau khi van xả số 3 xả ra, ví dụ, đến xi lanh số 1 khi nó kết thúc đợt xả khí thải và đi vào kỳ nạp. Kết quả là, khí xả vừa mới ra khỏi xy lanh bị đẩy trở lại trong buồng đốt, làm tăng lượng khí dư. Với một ống xả ngắn, sóng áp suất cao sẽ đến xi lanh kế tiếp trong một thời gian ngắn, làm cho hiệu ứng bất lợi này tiếp tục từ thấp đến cao. Tuy nhiên, với một hệ thống ống xả dài 4-2-1, vì phải mất thời gian để sóng áp suất cao tiếp cận xi lanh tiếp theo, hiệu quả được đề cập là giới hạn ở tốc độ động cơ thấp hơn, làm giảm lượng khí thải ở hầu hết các động cơ Tốc độ có thể.

Ngoài ra, cần có chiều dài đường ống hơn 600mm để nâng cao mô men sử dụng thực tế, nhưng không gian đã được lưu bằng cách sử dụng hình dạng vòng lặp.

Vấn đề chính với hệ thống xả thải 4-2-1 là khoảng cách dài làm nguội khí thải trước khi nó đến được chất xúc tác, trì hoãn việc kích hoạt chất xúc tác. Nhiệt độ khí thải có thể tăng lên bằng cách trì hoãn thời gian đánh lửa, nhưng quá nhiều chậm làm cho quá trình cháy không ổn định. Đối với SKYACTIV-G, sự đốt cháy ổn định đã được thực hiện ngay cả khi thời gian đánh lửa sau khi động cơ bắt đầu bị trì hoãn đáng kể.

Điều này đã được thực hiện bằng cách sử dụng khoang piston (Hình 4) và tối ưu hoá việc phun nhiên liệu để tạo ra hỗn hợp không khí-nhiên liệu phân tầng xung quanh bugi. Hơn nữa, khoang piston giải quyết vấn đề ngọn lửa ban đầu tiếp xúc với đầu piston và tạo ra sự mất mát.

Hình 4: piston Skyativ

Cải thiện đốt cháy

Để cải thiện khả năng chống va chạm, rút ​​ngắn thời gian đốt cũng đã được thử. Tốc độ đốt nhanh hơn, khoảng thời gian ngắn hơn, hỗn hợp nhiên liệu không cháy được phơi ở nhiệt độ cao, cho phép đốt bình thường để kết luận trước khi xảy ra va chạm. Cụ thể, ngoài việc tạo ra một hỗn hợp đồng nhất hơn bằng cách tăng cường luồng không khí, tăng áp lực phun và sử dụng các vòi phun đa lỗ để tăng cường tính năng phun nhiên liệu, khoang piston được sử dụng để ngăn ngọn lửa đốt ban đầu không chạm vào piston và can thiệp vào Sự tăng trưởng của ngọn lửa.