Как сжатие газа

Летом 2017 года Mazda сделала заявление: автомобильная компания нашла способ производить бензиновые двигатели с воспламенением от сжатия для легковых автомобилей. Mazda утверждает, что ее новый двигатель может улучшить экономию топлива на 20–30 процентов, что является значительным достижением для бензинового двигателя.

Прежде чем углубиться в эту технологию, стоит отметить, что двигатель с воспламенением от сжатия не является новой концепцией. В автомобилях Формулы-1 используются двигатели с воспламенением от сжатия, и несколько других автопроизводителей попытались разработать коммерчески жизнеспособную версию для легковых автомобилей. Но двигатель Mazda, получивший название Skyactiv-X, станет первым серийно производимым и коммерчески доступным двигателем такого типа. Благодаря Джею Чену, инженеру по силовым агрегатам Mazda, HowStuffWorks смог узнать, как был достигнут этот прорыв. Однако сначала нам нужно взглянуть на основные функции двигателя.

Двигатель работает, воспламеняя топливо двумя способами: нагреванием и сжатием. Двигатели с искровым зажиганием встречаются в большинстве бензиновых автомобилей. В двигателях этих типов свечи зажигания воспламеняют топливо в камере сгорания, одновременно сжимая топливно-воздушную смесь. Конечно, это очень упрощенная версия процесса, просто чтобы проиллюстрировать основную разницу между двумя типами двигателей. Двигатели с искровым зажиганием следуют циклу и требуют точного времени для работы, но, как правило, надежны в различных условиях [источник: Найт].

Двигатели с воспламенением от сжатия работают больше как дизельные двигатели. Дизели рассчитаны на гораздо более высокую степень сжатия (что требует более тяжелых компонентов и более прочной конструкции) и в качестве источника тепла используют свечи накаливания, а не свечи зажигания. Свечи накаливания нагревают камеру сжатия, что, в свою очередь, увеличивает степень сжатия внутри камеры. Когда топливо добавляется в камеру, оно распыляется на кончик свечи накаливания, но этот процесс больше зависит от сжатия, чем от контакта топлива и свечи. Отсутствие «искры» помогает дизельным двигателям достигать более высоких оценок EPA, чем бензиновые двигатели с аналогичными характеристиками [источник: Стюарт].

Если мы сосредоточимся на бензине, вам может быть интересно, какой смысл объяснять, как работает дизельный двигатель? Просто, чтобы проиллюстрировать важность сжатия. Лучший способ улучшить газовый двигатель — это выяснить, как увеличить степень сжатия, что позволит двигателю более эффективно использовать запас топлива.

Бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия сочетает в себе лучшее из этих процессов. Двигатель запрограммирован на улавливание воздуха (обычно выхлопных газов двигателя) в цилиндре двигателя путем регулировки фаз газораспределения выпускного и впускного клапанов. Топливные форсунки добавляют топливо к этим захваченным выхлопным газам, и поскольку захваченная смесь находится под очень высоким сжатием, относительно небольшое количество топлива может воспламениться.

Двигатели с воспламенением от сжатия можно даже разделить на два разных типа [источник: Линдберг].

Основное различие между этими двумя двигателями заключается в точке процесса добавления топлива, что достигается за счет корректировки циклов и времени работы двигателей. В остальном двигатели работают аналогично; сжатие является наиболее важным фактором.

Двигатели с воспламенением от сжатия имеют несколько преимуществ и, по крайней мере, столько же недостатков. Среди его преимуществ:

«Если провести грубую аналогию, искровое зажигание похоже на разжигание огня, когда зажигается только один край газеты и позволяет пламени постепенно подниматься по бумаге», — объясняет инженер по силовым агрегатам Mazda Джей Чен по электронной почте. «[Воспламенение от сжатия] больше похоже на самовозгорание, когда топливо и воздух достигли критического давления и температуры, и весь заряд одновременно меняет фазу, таким образом высвобождая всю энергию одновременно. Высвобождая всю энергию почти одновременно, [ воспламенение от сжатия] может извлечь больше мощности (поскольку это происходит задолго до того, как будет использована степень расширения) из того же количества воздуха, используя в два-три раза меньше топлива и при гораздо более низких температурах сгорания, что еще больше снижает потери тепловой энергии и образование выбросов. ."

Новости