Supresión de detonaciones: aplicación y desarrollo del sistema de inyección de agua del motor
En la actualidad, los investigadores reducen principalmente el consumo de combustible de los motores de gasolina mediante downsizing y turbocompresores. Sin embargo, las temperaturas de combustión excesivas, los golpes y el encendido temprano aleatorio limitan el aumento de potencia. La tecnología de inyección de agua no solo puede aumentar eficazmente la potencia, sino también mejorar la eficiencia térmica de los motores turboalimentados y de inyección directa.
Refrigeración de la carga
El sistema de admisión y la cámara de combustión pueden controlarse mediante la entalpía de vaporización del agua. entalpía), que es varias veces mayor que la entalpía de vaporización del combustible. Por lo tanto, la posibilidad de detonación se puede aliviar mediante su efecto de enfriamiento, y la eficiencia de la combustión en las áreas de carga media y alta se puede mejorar mediante el uso de un ángulo de avance de encendido mayor.
Además, para reducir la tendencia a las detonaciones, los investigadores aumentaron moderadamente la relación de compresión del motor, lo que puede reducir el consumo de combustible de todo el motor en todo el rango de características operativas. Además, la inyección de agua puede eliminar eficazmente la necesidad de enriquecer la mezcla y lograr una combustión completa en todas las condiciones de funcionamiento.
Además de reducir el consumo de combustible, también puede realizar las funciones relacionadas del convertidor catalítico de tres vías (TWC), cumpliendo así de manera efectiva con las regulaciones del ciclo de conducción real (RDE). Al mismo tiempo, una temperatura más baja del cilindro también puede reducir la pérdida de calor en la pared del cilindro. Para un motor turboalimentado de cuatro cilindros con inyección directa de encendido por chispa (SIDI) que cumple con las emisiones Euro 6, esta solución puede mejorar la eficiencia térmica de todo el motor a plena carga12. ¿Puede la potencia de este llegar a 90? KW y se exhibió en la sala de pruebas de motores de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Trier.
El proceso de miniaturización de los motores también está limitado por el fenómeno de la precombustión. En términos generales, a plena carga y a baja velocidad del motor, el preencendido se producirá de forma aleatoria. Algunos investigadores denominan este fenómeno preignición estocástica de baja velocidad (SPI). Los fenómenos SPI son raros, pero una vez que ocurren pueden tener graves consecuencias. En la actualidad, según los resultados de muchos informes de investigación, las partículas líquidas o sólidas en la cámara de combustión pueden ser una razón importante para desencadenar la preignición.
Los investigadores realizaron pruebas de pulverización de agua sobre el fenómeno SPI. La prueba se realizó a 2?000?R/min con el acelerador completamente abierto. El motor fue desarrollado 1 motor con una longitud de 45? Periodo mínimo de prueba. Los investigadores combinaron un pistón especial con el motor de prueba para desencadenar el fenómeno SPI. A medida que el agua pulverizada entra en el área de entrada de aire (inyección de baja presión), el número de apariciones del fenómeno SPI se reduce de 19 (esquema básico, sin espesamiento del agua pulverizada) a 4 veces. Posteriormente, los investigadores utilizaron una mezcla de aceite y agua para inyección directa y el número de fenómenos SPI se redujo aún más a 1. Cuando el motor funciona con una mezcla estequiométrica, la presión máxima en el cilindro se reduce significativamente. Aunque la causa fundamental de la preignición a baja velocidad aún no se ha estudiado completamente, se puede demostrar que el proceso de inyección de agua puede debilitar efectivamente la tendencia de la preignición.
Método de investigación de sistemas
Según investigaciones relevantes, si el proceso de pulverización de agua ocurre en el área de entrada de agua, significa que solo se necesita 1 sistema de almacenamiento de agua a baja presión. Para acercar la zona de refrigeración a la cámara de combustión, se puede utilizar la inyección múltiple.
Para potenciar el efecto refrigerante, los investigadores pueden ajustar la solución técnica para inyectar agua directamente en el cilindro. Con este método, se puede utilizar toda la entalpía de vaporización del agua para enfriar la carga de aire de admisión en el cilindro, pero se requiere un sistema de suministro de agua a alta presión.
El proceso de inyección de agua se completará mediante un inyector lateral y algunos investigadores prefieren este método porque proporciona un control independiente del tiempo de inyección de agua. En términos generales, la mayoría de los métodos se basan en el proceso de formación de una emulsión de combustible y agua, que puede inyectarse directamente a través de un inyector central.
En los experimentos iniciales, los investigadores utilizaron una microemulsión y prepararon aditivos tensioactivos.
Dado que es más probable que los tensioactivos promuevan la deflagración, su uso no es ideal, pero aun así, su uso sigue siendo relativamente barato. Para ello, los investigadores optaron por utilizar emulsiones crudas. Cabe señalar que estas emulsiones crudas sólo pueden permanecer estables durante un corto período de tiempo, generalmente dentro de 1? La separación comienza después de minutos.
El proceso de emulsificación se puede completar en una bomba de alta presión, lo cual es rentable y solo requiere una bomba. Sin embargo, este método requiere almacenar una gran cantidad de emulsión en la tubería de combustible y también es necesario evitar cambios en la carga del motor y la aparición de ralentí durante el proceso de almacenamiento. Cuando el motor deja de funcionar, la emulsión se separará, agravando el problema. Por lo tanto, el rendimiento de arranque seguro de cualquier sistema de bomba individual requiere cálculos adicionales para evitar que la emulsión separada se acerque demasiado al inyector.
Para solucionar los problemas anteriores y mantener una cierta cantidad de emulsificación, los investigadores equiparon el motor con dos bombas de alta presión, una de las cuales se utiliza para inyectar agua y la otra para inyectar combustible. El agua y el combustible se mezclarán en el riel de combustible cerca del inyector o en el inyector. La tarea final de pulverización es convertir la emulsión en una pulverización, lo que puede reducir aún más la distribución del tamaño de las gotas de aceite. Pero para el volumen de inyección de cada ciclo, la emulsión suministrada al inyector debe tener una cierta proporción de mezcla de aceite y agua.
Consideraciones de producción en masa
En términos de su aplicación práctica, el sistema debe tener una alta confiabilidad en el uso diario. Por ejemplo, en invierno es necesario tomar medidas adecuadas para evitar que se congele el agua almacenada. Si la emulsión está demasiado cerca del inyector, los investigadores deben idear soluciones para garantizar la capacidad de arranque del motor. Estos problemas pueden resolverse mediante procedimientos adicionales de parada del motor y los correspondientes esquemas de desvío. Además, los investigadores deben considerar la fuente y la calidad del agua rociada.
En verano, los investigadores científicos deben estar preparados para introducir una gran cantidad de sistemas de aspersores, de los cuales se pueden utilizar 1 sistema de baja presión. Este enfoque da como resultado motores más limpios, más eficientes y más potentes.
Autor: ¿Cristóbal? ¿Enrique?
Organización: ¿Rey?
Editor: Worcester
Este artículo es del autor de Autohome, Autohome, y no representa la posición de Autohome.