इस लेख की सामग्री 2021 में CAELP की ओर से ROUSH Industries द्वारा पूरी की गई तकनीकी मूल्यांकन रिपोर्ट पर आधारित है। यह 2025 और उसके बाद कुशल गैसोलीन इंजनों के लिए तकनीकी मार्गों को व्यवस्थित रूप से छांटता है, थर्मल दक्षता में सुधार और उत्सर्जन को कम करने के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों का खुलासा करता है। इनमें से कई तकनीकी समाधान वर्तमान बाजार में लागू किए गए हैं।
1। मिश्रित गैस कमजोर पड़ने की तकनीक
विशिष्ट गर्मी अनुपात मूल्य ईजीआर या वायु कमजोर पड़ने के माध्यम से बढ़ाया जाता है, जिससे विस्तार स्ट्रोक के दौरान पिस्टन द्वारा स्थानांतरित किए गए कार्य की मात्रा बढ़ जाती है। निम्नलिखित आंकड़ा संपीड़न अनुपात (सीआर) के प्रभाव और निरंतर मात्रा चक्र के ईंधन रूपांतरण दक्षता पर 𝛾 मान को दर्शाता है। हवा के मिश्रण का 𝛾 मान लगभग 1.4 है, जबकि दहन उत्पादों (कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प) के मान कम हैं, 1.3 के करीब हैं। हवा के साथ पतला इन-सिलेंडर मिश्रण का 𝛾 मूल्य निकास गैस पुनर्संरचना (CEGR) को ठंडा करने से पतला मिश्रण के साथ तुलना में अधिक होता है। यह एक ही समकक्ष कमजोर पड़ने (यानी, सिलेंडर में गैर-ईंधन गैस मिश्रण के लिए ईंधन का अनुपात) के तहत दुबला दहन (वायु कमजोर पड़ने) के साथ इंजन को अधिक कुशल बनाता है।
1। मिश्रित गैस कमजोर पड़ने की तकनीक
विशिष्ट गर्मी अनुपात मूल्य ईजीआर या वायु कमजोर पड़ने के माध्यम से बढ़ाया जाता है, जिससे विस्तार स्ट्रोक के दौरान पिस्टन द्वारा स्थानांतरित किए गए कार्य की मात्रा बढ़ जाती है। निम्नलिखित आंकड़ा संपीड़न अनुपात (सीआर) के प्रभाव और निरंतर मात्रा चक्र के ईंधन रूपांतरण दक्षता पर 𝛾 मान को दर्शाता है। हवा के मिश्रण का 𝛾 मान लगभग 1.4 है, जबकि दहन उत्पादों (कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प) के मान कम हैं, 1.3 के करीब हैं। हवा के साथ पतला इन-सिलेंडर मिश्रण का 𝛾 मूल्य निकास गैस पुनर्संरचना (CEGR) को ठंडा करने से पतला मिश्रण के साथ तुलना में अधिक होता है। यह एक ही समकक्ष कमजोर पड़ने (यानी, सिलेंडर में गैर-ईंधन गैस मिश्रण के लिए ईंधन का अनुपात) के तहत दुबला दहन (वायु कमजोर पड़ने) के साथ इंजन को अधिक कुशल बनाता है।
1.1 गैर-उत्प्रेरक विशेष इन-सिलेंडर सुधार (डी-ईजी)
दक्षिण पश्चिम अनुसंधान संस्थान (SWRI) द्वारा विकसित समर्पित ईजीआर प्रणाली। यह प्रणाली एक सिलेंडर को एक तेल-समृद्ध दहन मोड में परिवर्तित करके H, और CO की उच्च सांद्रता के साथ सुधारित गैस उत्पन्न करती है। इन सुधार गैसों को अन्य सिलेंडरों के सेवन बंदरगाहों में पेश किया जाता है और एसआई दहन [10] में पूर्ण दहन किया जाता है। 2.4-लीटर पीएफआई स्वाभाविक रूप से एस्पिरेटेड इंजन पर आयोजित SWRI डी-ईजीसी प्रदर्शन परीक्षण से संकेत मिलता है कि पूरे इंजन की ऑपरेटिंग रेंज में ईंधन अर्थव्यवस्था में 10% से अधिक सुधार हुआ है।
1.2 उत्प्रेरक अपशिष्ट गैस पुनर्संरचना लूप सुधार
सिलेंडर में से एक एक दुबला वायु-ईंधन अनुपात में संचालित होता है और दहन के बाद एक माध्यमिक ईंधन इंजेक्शन प्रौद्योगिकी को अपनाता है। इस सिलेंडर से निकास गैस को उत्प्रेरक बिस्तर द्वारा इलाज किया जाता है और एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से हाइड्रोजन युक्त सुधार गैस उत्पन्न करता है। 2.0-लीटर जीएम इकोटेक एलएनएफ डीआई इंजन के परीक्षण में, जब घूर्णी गति 2000 आरपीएम तक पहुंच गई और बूस्ट मूल्य 4 बार था, 5% की एक हाइड्रोजन सेवन एकाग्रता हासिल की गई थी। अपशिष्ट गैस पुनरुत्थान का आयतन अनुपात 25% से कम से 50% से कम हो गया है। ऑपरेटिंग बिंदु पर इस इंजन की दक्षता बेंचमार्क मूल्य की तुलना में 8% बढ़ गई है।
2। विस्तार अनुपात अनुकूलन
एक उच्च ज्यामितीय संपीड़न अनुपात के साथ एक इंजन लेकिन प्रभावी विस्तार अनुपात से कम एक प्रभावी संपीड़न अनुपात इंजन दक्षता में सुधार करने के लिए एक प्रभावी तरीका है। बड़े पैमाने पर उत्पादित इंजनों में, अधिक-विस्तार चक्र आमतौर पर अग्रिम (EIVC) में सेवन वाल्व को बंद करके या सेवन वाल्व के समापन में देरी करके प्राप्त किए जाते हैं। छोटे सेवन स्ट्रोक से प्रति चक्र इंजन द्वारा खींचे गए संपीड़न की मात्रा में कमी की ओर जाता है, इसलिए गैर-एटकिंसन/मिलर इंजन के समान टॉर्क/पावर स्तर को बनाए रखने के लिए एक बड़े-विस्थापन इंजन की आवश्यकता होती है। टर्बोचार्ज्ड इंजनों के लिए, बढ़ावा दबाव बढ़ाने के लिए सेवन स्ट्रोक की मात्रा के नुकसान की भरपाई की जा सकती है। टर्बोचार्ज्ड मिलर चक्रों वाले इंजनों में उच्च विस्तार अनुपात और कम निकास तापमान होता है, जिससे दुबला दहन की मांग कम होती है।
EIVC और LIVC रणनीतियों को अपनाते समय एक चुनौती का सामना करना पड़ा है कि संपीड़न स्ट्रोक के अंत में अशांति कमजोर हो जाएगी। नीचे चित्रा 6 सिलेंडर के भीतर अशांत गतिज ऊर्जा (TKE) में परिवर्तन को दर्शाता है जब संदर्भ इंजन की तुलना में EIVC और LIVC रणनीतियों को अपनाया जाता है। TKE में इस कमी से दहन दक्षता और दहन अस्थिरता में कमी आएगी। कुछ मामलों में, बेंचमार्क इंजन की तुलना में, इससे दक्षता कम हो सकती है और उत्सर्जन में वृद्धि हो सकती है।
निम्न आंकड़ा पिछली पीढ़ी के गैर-मिलर चक्र इंजन के इन-सिलेंडर अशांति स्तर को बनाए रखने के लिए EA888 तीसरी पीढ़ी के बी-टाइप इंजन (2.0-लीटर चार-सिलेंडर) के लिए आवश्यक डिजाइन अनुकूलन योजना को दर्शाता है। यह इंजन मिलर चक्र को प्राप्त करने के लिए EIVC तकनीक को अपनाता है, और इंजन डिजाइन अनुकूलन के माध्यम से सिलेंडर और दहन दक्षता के अंदर अशांति को बनाए रखना आवश्यक है।
3। एक छोटा सिलेंडर बोर स्ट्रोक अनुपात
निम्नलिखित आंकड़ा तीन मुख्य कारकों में परिवर्तन को दर्शाता है जो एक इंजन के इष्टतम बोर स्ट्रोक अनुपात को निर्धारित करते हैं: पिस्टन गति, सतह क्षेत्र से वॉल्यूम अनुपात, और सेवन वाल्व के दोनों किनारों पर दबाव ड्रॉप। इष्टतम बोर स्ट्रोक अनुपात निम्नलिखित कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है:
औसत पिस्टन की गति: अधिकतम इंजन की गति को सीमित करते हुए स्ट्रोक जितना लंबा होता है, औसत पिस्टन की गति उतनी ही अधिक होती है। चाहे वह टर्बोचार्ज्ड हो या स्वाभाविक रूप से एस्पिरेटेड इंजन हो, उनमें से ज्यादातर आजकल औसत पिस्टन गति की ऊपरी सीमा तक नहीं पहुंचे हैं जो वर्तमान तकनीक (लगभग 25 मीटर/सेकंड) प्राप्त कर सकती है।
इंटेक वाल्व प्रेशर ड्रॉप विशेषताओं: एक बड़े बोर अनुपात डिजाइन वाले इंजन वाल्व आकार को बढ़ा सकते हैं, जिससे एक बड़ा प्रवाह मार्ग क्षेत्र (यानी, प्रवाह क्षेत्र) बन सकता है, जिससे वाल्व के दोनों सिरों पर दबाव ड्रॉप कम हो जाता है और वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में सुधार होता है। हालांकि, उच्च गति पर, कम बोर अनुपात इंजनों की वॉल्यूमेट्रिक दक्षता में गिरावट आएगी, जिसके परिणामस्वरूप इंजन की गति सीमा के भीतर टॉर्क और पावर का समय से पहले क्षीणन होगा।
हीट ट्रांसफर दक्षता: एक कम संपीड़न अनुपात (बीएसआर) सतह क्षेत्र को दहन कक्ष (विशेष रूप से दहन के शीर्ष मृत केंद्र के पास) के मात्रा अनुपात में कम कर देगा, जिससे दहन के गर्मी हस्तांतरण प्रभाव को कमजोर किया जा सकता है। जैसे -जैसे संपीड़न अनुपात बढ़ता है, दहन कक्ष के वॉल्यूम अनुपात के लिए सतह क्षेत्र बढ़ता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण के नुकसान में वृद्धि होती है और दक्षता में सुधार द्वारा लाए गए कुछ फायदों को ऑफसेट किया जाता है। यह प्रभाव विशेष रूप से एटकिंसन-मिलर चक्र इंजन में अत्यधिक उच्च ज्यामितीय संपीड़न अनुपात के साथ महत्वपूर्ण है।
फ्लेम प्रसार दूरी के कारण होने वाला विस्फोट प्रतिरोध: एक छोटा सिलेंडर व्यास अनुपात लौ प्रसार दूरी को कम कर देगा, जिससे गर्मी रिलीज समय (निरंतर मात्रा दहन के अनुपात में वृद्धि) को कम कर देगा। दहन समय को कम करने से विस्फोट भी कम हो जाएगा (टर्मिनल गैस के लिए स्व-इग्निशन की स्थिति तक पहुंचने का समय कम है)। यह एक उच्च संपीड़न अनुपात संभव बनाता है।
सिलेंडर और दहन दर में अशांति: जैसे -जैसे पिस्टन की गति बढ़ती है, सिलेंडर में अशांति तेज हो जाती है। जब बोर और स्ट्रोक अपेक्षाकृत कम होते हैं, तो एक ही घूर्णी गति और विस्थापन की स्थिति के तहत, पिस्टन की घूर्णी गति वास्तव में अधिक होती है। यह बढ़ी हुई अशांति दहन दर को तेज कर सकती है और विस्फोट की प्रवृत्ति को कम कर सकती है (जैसा कि टर्मिनल गैस के लिए स्व-इग्निशन की स्थिति तक पहुंचने का समय कम है)। यह इंजन को उच्च संपीड़न अनुपात को अपनाने में सक्षम बनाता है।
4। थर्मल प्रबंधन अनुकूलन
एक विशिष्ट एसआई इंजन दहन के दौरान बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न करता है, जिसमें से लगभग एक-तिहाई सिलेंडर की दीवार पर स्थानांतरित हो जाता है और एक-तिहाई शीतलक को खो जाता है। गर्मी हस्तांतरण हानि को कम करने के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों में शामिल हैं:
बनाए रखा दुबला मिश्रण बढ़ाने से दहन तापमान कम हो सकता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण हानि कम हो जाती है
कम विशिष्ट सतह क्षेत्र अनुपात (बीएसआर) के साथ डिज़ाइन किए गए इंजन प्रभावी रूप से सतह क्षेत्र को दहन कक्ष के मात्रा अनुपात तक कम कर सकते हैं, आगे गर्मी हस्तांतरण हानि को कम से कम कर सकते हैं
स्प्लिट कूलिंग सिस्टम - सिलेंडर ब्लॉक और सिलेंडर हेड के लिए स्वतंत्र कूलिंग सर्किट स्थापित करके, सिलेंडर हेड और सिलेंडर ब्लॉक के इष्टतम काम करने वाले तापमान को बनाए रखा जा सकता है। कम तापमान सिलेंडर सिर दस्तक और उच्च संपीड़न अनुपात संचालन का समर्थन कर सकते हैं। उच्च तापमान सिलेंडर दीवारें गर्मी हस्तांतरण हानि और कम घर्षण को कम कर सकती हैं। स्प्लिट कूलिंग सिस्टम भी दहन कक्ष के प्रीहीटिंग को तेज कर सकता है, दहन स्थिरता को बढ़ा सकता है और ठंड शुरू होने के दौरान उत्सर्जन को कम कर सकता है।
थर्मल बैरियर कोटिंग, सिरेमिक कोटिंग्स की एक समग्र संरचना (जैसे कि YSZ Yttria-stabilized zirconia) और धातु संबंध परतों के माध्यम से, दहन कक्ष की दीवार के तापमान को 150-300 डिग्री तक कम कर सकती है और सिलेंडर ब्लॉक और पिस्टन (कुल ऊर्जा हानि के 25-30% के लिए लेखांकन) के माध्यम से चालन गर्मी हानि को कम कर सकती है।
सारांश
निम्नलिखित आंकड़ा इंजन संचालन के प्रत्येक लिंक पर विभिन्न प्रौद्योगिकियों के प्रभाव को सारांशित करता है। हरे रंग का हिस्सा सकारात्मक प्रभावों को इंगित करता है, जबकि लाल हिस्सा नकारात्मक प्रभाव प्रस्तुत करता है। उदाहरण के लिए, कूलिंग ईजीआर तकनीक सिलेंडर में मिश्रण की विशिष्ट गर्मी क्षमता को बढ़ा सकती है, गर्मी हस्तांतरण के नुकसान को कम कर सकती है और जिससे इंजन दक्षता में सुधार हो सकता है। हालांकि, एक ही समय में, इस तकनीक का दहन स्थिरता और दहन दर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा। इसलिए, इसे एक उच्च-ऊर्जा इग्निशन सिस्टम और एक कम बोर अनुपात इंजन डिजाइन के साथ मिलाकर अधिक फायदे होंगे। कुछ कमजोर इंटरैक्शन को आंकड़े में नहीं दिखाया गया है, जैसे कि गर्मी हस्तांतरण जैसे मापदंडों पर संपीड़न अनुपात (एक ही सिलेंडर बोर अनुपात के तहत) का प्रभाव।
