Nieelektryczne silniki hybrydowe

Nowy rodzaj pojazdu hybrydowego mógłby zapewnić mniejsze zużycie paliwa konsumentom zaniepokojonym cenami gazu. Inżynierowie mechanicy w Wielkiej Brytanii opracowali nowy rodzaj silnika spalinowego, który jest w stanie przełączać się między silnikiem dwusuwowym a czterosuwowym. Mówią, że system może zmniejszyć zużycie paliwa o 27 procent.

Nowa hybryda: Ten prototypowy silnik hybrydowy, nazwany 2/4SIGHT, może przełączać się między trybami cztero- i dwusuwowymi, zmniejszając w ten sposób zużycie paliwa o ponad 25%.

Lepsze zużycie paliwa wynika przede wszystkim ze zmniejszenia silnika, mówi Neville Jackson, dyrektor ds. technologii w Ricardo Wielka Brytania , firma inżynierska w Shoreham-on-Sea, która opracowała nowy silnik. Mówi, że mniejszy silnik ma mniejsze tarcie wewnętrzne i zapewnia lepsze zużycie paliwa.

Ale małe silniki samochodowe, zwykle oparte na konstrukcji czterosuwowej, nie oferują dużej mocy. Mogą być szczególnie problematyczne, gdy działają przy niskich prędkościach z dużym obciążeniem, na przykład podczas przyspieszania pod górę. Takie warunki mogą nawet spowodować zgaśnięcie małego silnika, jeśli kierowca nie zredukuje biegu.

Cztery uderzenia są najskuteczniejsze przy pełnym otwarciu przepustnicy; z dwoma pociągnięciami, jest odwrotnie, mówi Robert Kee , inżynier mechanik specjalizujący się w silnikach spalinowych na Queen's University w Belfaście w Irlandii Północnej.

Różnica między silnikami dwu- i czterosuwowymi polega na tym, że te ostatnie wykonują cztery etapy wlotu powietrza, sprężania, spalania i wydechu w czterech suwach tłoka. W przeciwieństwie do tego, silnik dwusuwowy robi to w zaledwie dwóch skokach tłoka.

Silniki dwusuwowe są z natury prostsze i mają wyższy stosunek mocy do masy przy dużych obciążeniach i niskich prędkościach, ponieważ uzyskują dwa razy więcej suwów mocy na obrót. Jednak tradycyjne silniki dwusuwowe wymagają zmieszania oleju z paliwem, a zatem generują wyższe emisje. Z tego powodu nie są zwykle używane w samochodach. Zamiast tego są używane do lekkich zastosowań, takich jak piły łańcuchowe, kosiarki i niektóre motocykle.

Ale teraz naukowcy z Ricardo opracowali głowicę tłoka, która działa zarówno w trybie dwu-, jak i czterosuwowym, i może automatycznie przełączać się między tymi dwoma trybami, w zależności od potrzeb silnika. Dzięki temu mniejszy silnik może poradzić sobie z niską prędkością i dużym obciążeniem bez gaśnięcia.

To ciekawa koncepcja, mówi Martti Larmi , kierownik Laboratorium Silników Spalinowych na Politechnice Helsińskiej w Finlandii.

Głównym wyzwaniem przy budowie takiego silnika jest udoskonalenie procesu oczyszczania, kiedy gazy resztkowe z poprzedniego cyklu spalania są zastępowane świeżym powietrzem i paliwem.

Potrzebujesz pewnego rodzaju ciśnienia po stronie wlotowej, aby wypchnąć gazy, które już się spaliły, mówi Larmi.

W tradycyjnym silniku dwusuwowym siła wlotu paliwa i powietrza wypycha spaliny. Niestety ten proces powoduje utratę części niespalonego paliwa w postaci spalin, co skutkuje wyższą emisją. Silniki czterosuwowe wypychają zużyte opary z cylindra przez zawór sterowany krzywką, wykonując ruch tłoka w górę. Podczas następującego suwu w dół do cylindra wtryskiwane jest świeże powietrze i paliwo, gdy zawór wydechowy jest zamknięty.

Silnik Ricardo, zwany 2/4SIGHT, wykorzystuje zawory jak silnik czterosuwowy, ale w trybie dwusuwowym silnik utrzymuje otwarte zawory dolotowe i wydechowe w tym samym czasie, dzięki czemu paliwo i powietrze w cylindrze są uzupełniane. cyklu, a nie w każdym innym cyklu.

Zainteresowanie opracowaniem niskoemisyjnego silnika dwusuwowego było duże. Ale jest to trudna konfiguracja do perfekcji, ponieważ jest mało czasu na wprowadzenie mieszanki paliwowo-powietrznej i wydechu, mówi Larmi. Niebezpieczeństwo polega na tym, że wlot świeżego powietrza może wyjść bezpośrednio przez wylot spalin, mówi.

Ricardo używa kilku sztuczek, aby obejść ten problem. Po pierwsze, konstrukcja głowicy tłoka Ricardo wykorzystuje odwrotne bębnowanie, proces, w którym wlot powietrza jest kierowany z dala od zaworu wydechowego, aby zmniejszyć szanse jego wypłynięcia bezpośrednio z cylindra. Ricardo zamienił również zawory sterowane krzywką na zawory elektrohydrauliczne, które wraz z wtryskiwaczem paliwa mogą być sterowane przez oprogramowanie.

Producenci samochodów wykazywali w przeszłości zainteresowanie budową tego rodzaju silników hybrydowych, mówi Kee. Ale jest wiele wyzwań, mówi. Rzeczywiście, zarówno Toyota, jak i Ricardo przyjrzeli się temu problemowi pod koniec lat 80. i na początku lat 90.

Ale w przeszłości technologii po prostu nie było. Według Ricardo, jedynym powodem, dla którego firma jest teraz w stanie stworzyć opłacalny system, jest oprogramowanie sterujące wymianą gazu i trybami pracy silnika. System sterowania silnikiem monitoruje zapotrzebowanie kierowcy, mówi Jackson. Kiedy wymagany jest większy moment obrotowy niż byłby możliwy w trybie czterosuwowym, przełącza się, mówi. Firma nie zdradzi jednak szczegółów, kiedy w cyklu silnika tryb jest przełączany.

Prototyp Ricardo, zaadaptowany silnik V6 o pojemności 2,1 litra, został przetestowany przez naukowców z Uniwersytetu w Brighton i okazało się, że jest w stanie osiągnąć osiągi, jakich normalnie można by oczekiwać od silnika o pojemności od trzech do czterech litrów. W oparciu o nowy europejski cykl jazdy, który jest standardowym testem wydajności zaprojektowanym w celu pomiaru sprawności silnika i emisji podczas typowego użytkowania samochodu, prototyp wykazał oszczędność paliwa na poziomie 27 procent i redukcję emisji o podobną wartość. Następnym etapem jest próba włączenia prototypowego silnika do działającego pojazdu, mówi Jackson.

ukryć