Сможет ли двигатель OPGCI произвести революцию в двигателестроении

OPGCI сочетает в себе проверенные и эффективные технологии в двигателестроении, которые потенциально являются более эффективными по мощности, крутящему моменту, шуму, вибрации и размеру в сравнении с существующими бензиновыми двигателями. Это достигается за счет использования преимуществ воспламенения бензина от сжатия - в высокоэффективной конструкции с встречно движущимися оппозитными поршнями.

Компрессионное зажигание

Дизельные двигатели работают с воспламенением от сжатия и значительно эффективнее бензиновых двигателей с искровым зажиганием. Сгорание в их цилиндрах обедненной смеси обеспечивает улучшение термодинамического КПД, более низкие температуры сгорания и уменьшение потерь тепла.

Двигатели внутреннего сгорания более эффективны при высоких степенях сжатия. Если двигатель имеет большую степень сжатия, он также имеет большее расширение и обеспечивает большую мощность при том же количестве подаваемого топлива. Но бензиновые двигатели с искровым зажиганием ограничиваются более низкой степенью сжатия, чтобы исключить преждевременное зажигание (детонацию), которое может повредить двигатель.

Исследования Delphi, и Argonne установили, что бензин можно сжигать с высокой степенью сжатия, в обедненных условиях и без дросселирования, а также можно воспламенять без свечи зажигания. Главное - обеспечить правильное давление, температуру и распределение топлива внутри цилиндра. Разработка систем прямого впрыска бензина позволила создать двигатель GCI – в котором бензин можно впрыскивать в цилиндр в нужное время для создания опримального состава смеси.

Компания Delphi утверждает, что их двигатель GCI обладает высокой эффективностью, подобной до дизельного. Кроме того, GCI имеет преимущество перед дизельным двигателем в снижении выбросов. Такой двигатель использует в основном бедную смесь, более равномерно распределенную по цилиндру, и только небольшую часть более богатой смеси в зоне воспламенения, поэтому она обеспечивает в основном более низкие пиковые температуры и снижение образования NOx. Кроме того, обедненые смеси также способствуют низкому образованию сажи. Однако исследования показали, что GCI создает более высокие выбросы углеводородов (HC) и оксида углерода (CO), но их можно легко снизить с помощью относительно недорогих катализаторов окисления.

Delphi, проведя исследования, утверждает, что предложенные изменения дают существенное улучшение характеристик в комбинированных циклах езды по городу и шоссе для двигателя GCI по сравнению с двигателем 2,4 л с., оснащенным распределенным впрыском топлива.

Двигатель с оппозитными поршнями

Компания Achates Power потратила 12 лет на совершенствование технологии двигателя с встречно движущимися оппозитными поршнями (ОР). Данная компоновка двигателя позволяет также решить многие проблемы, с которыми столкнулись при создании GCI.

В двигателе OP отсутствуют головки цилиндров, поэтому он имеет улучшенное соотношение площади поверхности к объему камеры сгорания (т.е. меньшую площадь поверхности по отношению к объему) для снижения теплопередачи и отвода тепла. Это дает множество преимуществ: меньше тепла теряется через систему охлаждения, что позволяет использовать больше энергии топлива для полезной работы; уменьшенная теплопередача способствует более эффективному сгоранию; уменьшенное отведение тепла к охлаждающей жидкости позволяет уменьшить размер системы охлаждения и радиатора, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления транспортного средства.

OP двигатель использует преимущества удельной мощности, присущей двухтактному двигателю, за счет уменьшения как рабочего объема (уменьшение размера, массы и стоимости двигателя), так и оптимизации среднего эффективного давления в цилиндрах, что приводит к работе с низким уровнем выбросов NOx и обеспечивает более полное сгорание для повышения эффективности работы и меньшего образования сажи.

В системе сгорания, разработанной Achates Power, используются диаметрально противоположные двойные форсунки, которые совместно с патентованной формой днища поршня обеспечивают качественное смешивание топлива и воздуха, что приводит к более полному сгоранию сажи и снижению теплопередачи к стенкам камеры сгорания.

Объединение OP и GCI

Исследователи прогнозируют, что объединение OP двигателя и GCI даст ряд преимуществ. Такой двигатель может быть более эффективным в сравнении с бензиновыми двигателями PFI. Он оптимизирует три технических задачи GCI: приготовление смеси, управление температурой заряда и работа при высоких нагрузках.

При эквивалентном рабочем объеме двигатель OP имеет более чем на 30% меньшее отношение площади к объему. С другой стороны, отношение площади поверхности к объему двигателя OP эквивалентно таковому 4-тактному двигателю с рабочим объемом более чем в два раза большему. Например, отношение площади к объему 6-литрового двигателя OP эквивалентно 15-литровому обычному дизельному двигателю.

 

Дополнительным преимуществом OP двигателя является возможность удерживать выхлопные газы в цилиндре после сгорания, особенно при низких нагрузках, когда требуется относительно мало нового кислорода. Объем его продувки определяется соотношением давлений между впускным и выпускным коллекторами. При низких нагрузках OP двигатель может уменьшить работу нагнетателя, используемую для повышения давления во впускном коллекторе.

Это дает четыре преимущества:

• уменьшается объем работы нагнетателя;
• поддерживается оптимальная температура в цилиндрах для хорошей стабильности сгорания;
• обеспечивается естественный или внутренний эффект рециркуляции отработавших газов для сгорания с низким уровнем выбросов NOx;
• высокие температуры выхлопных газов для эффективной работы катализатора.

Двигатель OPGCI может быть наиболее рентабельным и финансово жизнеспособным способом сокращения выбросов парниковых газов. Комбинация подхода OP двигателя (низкая теплопередача, высокая мощность при умеренном крутящем моменте, отличные характеристики потока) с технологией сгорания GCI (обедненная смесь, высокая степень сжатия, отсутствие дроссельной заслонки, сверхнизкий уровень выбросов) дает возможность продемонстрировать существенный выигрыш, как по эффективности, так и по экологичности.