Nove ideje za izboljšanje izkoristka motorjev

Slučaj ali …? Zadnje rešitve na bencinskem (slika) in dizelskem motorju so si sila podobne in nastale v približno enakem času.

Ko govorimo o velikih (ladijskih) motorjih, vemo, da njihovi izkoristki že krepko presegajo 50 odstotkov in se že približujejo 60 odstotkom. Pri manjših – avtomobilskih motorjih pa je že dolgo ciljna vrednost za bencinske 40 odstotkov, pri dizelskih pa je ta vrednost le malo presežena. Napori, da bi opazno prestopili sedanje meje, se že dlje vrtijo okoli homogenega samovžiga. To je načina zgorevanja, kjer se homogeno pripravljena zmes sama vžge v točno določenem trenutku. Dejstvo pa je, da so vsi izdelovalci motorjev nekoliko zastali pri reševanju tega načina zgorevanja, ki je zapleten in omejen na ozko delovno območje motorja.

Teoretično gledano ima Otto pri enakih pogojih kot Diesel višji izkoristek predvsem na račun dovajanja toplote pri nespremenjeni prostornini. Ker pa se moramo ozirati na realne pogoje, potekajo procesi v motorjih nekje vmes med enim in drugim, to je vmesni ali mešani proces ali po avtorju imenovan Sabathejev proces. Mešani proces ima torej hkrati nekaj značilnosti obeh procesov vendar želimo, da bi ga čim bolj približali teoretičnemu Otto z vsemi prednostmi dizelskega procesa.

Morda je nenavadno ali pa slučajno, da sta se skoraj v istem času pojavili rešitvi (ena za bencinski in druga za dizelski motor), ki sta zaobšli glavne težave s homogenim zgorevanjem – samovžig in ozko delovno območje. Poenostavljeno povedano imata prikazani rešitvi kar nekaj skupnih točk, predvsem je poudarek na plastni pripravi zmesi, zanesljivem vžigu in pospešeni hitrosti zgorevanja. Prednosti tega so manjše izgube procesa, nižje toplotne izgube in nižja temperatura zgorevanja. Poleg tega so pri obeh vrstah motorjev obeti za višji izkoristek v tem primeru bolj oprijemljivi kot pri homogenem zgorevanju.

Diesel

Preizkusi so pokazali, da je mogoče povečati izkoristek pri dizelskem motorju z vgradnjo treh šob, s katerimi kontrolirano vbrizgamo gorivo. Na ta način se ustvarita ločeni območji, kjer v enem zgoreva zmes (kinetično zgorevanje, podobno kot v valju bencinskega motorja), v drugem pa kapljice (difuzno zgorevanje, kot si predstavljamo zgorevanje v dizelskem motorju). Stranski šobi vbrizgavata manjši del celotne količine goriva v smeri gibanja zraka v valju, kar omogoča boljše mešanje in hkrati preprečuje nalaganje goriva na stene bata. To izboljša mešanje v vdolbini bata, kjer se ustvari bogatejša zmes, ki se lažje vžge. Primerno oblikovana vdolbina v batu prepreči medsebojni vpliv curkov goriva iz obeh stranskih šob. S kontroliranim vbrizgavanjem, to je v primernima trenutku in trajanju, se pri nespremenjenem tlaku (izobari) lahko kontrolira sproščanje toplote in temperature tudi, ko se premika bat – pri širjenju. To se doseže tako, da središčna šoba prva vbrizga večji del goriva, temu nato sledita še stranski, ki vbrizgata manjšo količino glede na celotno. Posledice opisanih dogodkov so zmanjšanje trenja in izgube toplote, manjša dimnost in izpusti dušikovih oksidov glede na obstoječe motorje ter seveda višji izkoristek.

Diesel: zgorevalni prostor s tremi šobami.

Otto

Bencinski motor s svečko v predkomori je sicer precej stara ideja, toda tokrat se v predkomoro vbrizgava tudi manjši del goriva (4 %), ki se vžge z iskro, nakar se plamen razširi skozi več izvrtin v glavno komoro, kjer vžge še ostali del goriva. Tak način vžiga omogoča izboljšanje zgorevanja, zmanjša toplotne izgube, zaradi nižje temperature je tudi manj možnosti tvorjenja dušikovih oksidov, izgube energije zaradi disociacije so manjše predvsem pri delnih obremenitvah, vžgati pa je mogoče tudi zelo revno zmes. Na tak način je mogoče dvigniti izkoristek motorja preko 45 odstotkov s potencialom približati se 50 odstotkom. Za uporabnika to pomeni manjšo porabo goriva glede na obstoječe stanje in nižje izpuste škodljivih spojin v izpuhu.

Zgorevalni prostor s predkomoro, svečko in šobo.

To samo dokazuje, da razvoj motorjev še ni končan in da se sedaj strokovnjaki lotevajo težjega dela, to je dogajanja v zgorevalni komori. Glede konstrukcijskih sprememb pa verjetno ni za pričakovati drugih sprememb, kot zamenjavo odmične gredi za elektromagnete in konstrukcijo, ki bo dovoljevala zvezno spreminjanje prostorninskega razmerja.

Aci Bizjan