in

Ford khám phá công nghệ đánh lửa Prechamber trên F-150, giống như Maserati đang sử dụng

Chiếc Ford F-150 tiếp theo của bạn có thể chia sẻ một số thủ thuật gọn gàng với động cơ lấy cảm hứng từ F1 của MC20.

Động cơ diesel sử dụng cách thức bắt đầu quá trình đốt cháy trong một buồng đốt trước prechamber chứa bugi sấy để khởi động lạnh, nhưng phương pháp phun trực tiếp áp suất cao ưa thích đã loại bỏ khá nhiều buồng trước. Gần đây, động cơ Maserati MC20 Nettuno V-6 2022 đang hồi sinh nó — trong động cơ xăng — như một cách để tăng tốc độ đốt cháy và khai thác nhiều công và hiệu suất hơn từ hỗn hợp nhiên liệu không khí. Và bây giờ chúng ta nghe nói Ford đang làm việc với FEV, một công ty tư vấn kỹ thuật và Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge về một động cơ prechamber nhằm mục đích tăng cường hiệu suất.

Dự án 3 năm trị giá 10 triệu đô la, được tài trợ một phần bởi Bộ Năng lượng, nhằm phát triển một “Động cơ tăng cường hiệu quả cao thế hệ tiếp theo” (Next Generation High Efficiency Boosted Engine). Cụ thể, nỗ lực này nhằm mục đích cải thiện 23% hiệu suất và giảm 15% khối lượng động cơ so với động cơ EcoBoost V-6 3.5 lít trong xe bán tải Ford F-150 2016. Vì vậy, trong khi Công thức 1 và động cơ Nettuno của Maserati MC20 (hình bên dưới) sử dụng khái niệm để mang lại hiệu suất cao nhất, Ford, FEV, ORNL và Feds quan tâm đến hiệu quả hơn.

Đánh lửa Prechamber (buồng đốt trước) như thế nào?

Ở tâm trên cùng của xi-lanh là một buồng nhỏ hơn nhiều có vòi phun nhiên liệu và bugi của riêng nó. Nhóm Ford cũng đang xem xét bằng cách nào đó nhồi nhét một kim phun khí nén vào đó. Nó được kết nối với buồng chính bằng các lỗ đủ lớn để đảm bảo prechamber chịu được lực nén giống như xi lanh chính nhưng đủ nhỏ để khi đốt cháy xảy ra trong prechamber, nó thoát ra các lỗ này dưới dạng tia lửa giúp đốt cháy hỗn hợp trong buồng chính.

Cách tiếp cận của Ford có thể đảm bảo một hỗn hợp giàu, dễ bắt lửa tồn tại gần bugi prechamber. Sự hiểu biết của chúng ta là các lỗ prechamber của Maserati MC20 đủ lớn để nhiên liệu được phun vào buồng chính hoặc được hút vào qua kim phun cổng có thể đi vào. Mẫu concept của Ford và Maserati đều sử dụng hệ thống phun cổng ngoài một vòi phun trực tiếp buồng chính, có nghĩa là hệ thống prechamber của Ford có ba kim phun (có thể hoạt động ở hai áp suất khác nhau).

Đánh lửa Prechamber tăng hiệu quả như thế nào?

Năm mục đích trọng tâm riêng trong dự án do DOE tài trợ là: giảm thiểu kích nổ của động cơ, đốt cháy loãng (đốt nghèo), quản lý nhiệt, giảm ma sát và giảm trọng lượng. Khái niệm prechamber giúp ích cho hai mục đầu tiên đó bằng cách thúc đẩy quá trình đốt cháy nhanh hơn nhiều. Hỗn hợp cháy càng nhanh thì càng ít cần phải đánh lửa bugi sớm (khi pít-tông vẫn đang hướng lên) để đốt cháy toàn bộ hỗn hợp. Việc bắn tia lửa điện sau đó trong khi vẫn đốt hết nhiên liệu sẽ làm giảm nhiệt độ. Điều này làm giảm khả năng hình thành các điểm nóng gây ra va chạm (cũng làm giảm ô nhiễm NOx). Cuối cùng, về sau, quá trình đốt cháy nhanh hơn giúp nhận được lực hữu ích hơn từ quá trình đốt cháy được tác động lên trục khuỷu khi nó đang đi xuống. Hỗn hợp nghèo vốn tiết kiệm nhiên liệu nhưng nhìn chung khó bắt lửa hơn. Các tia lửa của prechamber giúp đốt cháy hỗn hợp nghèo trong buồng chính.

Nó có hoạt động không và nó có thể tiết kiệm được bao nhiêu nhiên liệu?

Nghiên cứu được công bố cho đến nay cho thấy tốc độ đốt cháy nhanh hơn so với một khái niệm song song liên quan đến việc tăng tốc độ đốt cháy bằng cách khởi động nó với ba bugi trong một buồng đốt thông thường khác. Nghiên cứu tương tự này cho thấy rằng tất cả những nỗ lực giảm kích nổ của nhóm đều được đền đáp bằng cách cho phép tăng tỷ số nén từ mức cơ bản 10: 1 lên từ 13: 1 đến 15: 1, giúp tăng hiệu suất nhiên liệu từ 6-8%. Tổng số nỗ lực đốt cháy loãng cho phép động cơ chạy trong khoảng 30 đến 50 phần trăm EGR làm mát, giúp tăng thêm 2-5 phần trăm hiệu suất nhiên liệu.

Điều gì tạo nên phần còn lại của mức tăng hiệu suất nhiên liệu 23 phần trăm?

Các công nghệ giảm kích nổ khác bao gồm: Tăng cường làm mát buồng đốt thông qua hệ thống làm mát phân chia ưu tiên làm mát đầu xi-lanh, làm mát piston lớn hơn, đế van và dẫn hướng van dẫn nhiệt cao. Cũng góp phần vào việc cải thiện quá trình đốt cháy nghèo là một hệ thống tăng áp turbo tiên tiến, có thể là điện khí hóa. Một đóng góp lớn khác là thời gian van biến thiên liên tục cho phép vận hành Chu trình Miller, bao gồm việc đóng rất muộn các van nạp để giảm tải nén lên trục khuỷu trong khi dựa vào tăng cường để đảm bảo nạp đủ không khí/EGR (Miller về cơ bản là Atkinson cộng với tăng cường) . Con số đó được ghi nhận với 2,5-3,5 phần trăm.

Thiết kế hành trình dài, đường kính hẹp (tỷ lệ đường kính/hành trình 3: 4) cung cấp tỷ lệ bề mặt trên thể tích thuận lợi, rút ngắn khoảng cách di chuyển của ngọn lửa và cung cấp tốc độ piston cao giúp tăng cường chuyển động nạp, giúp cải thiện sự hòa trộn nhiên liệu không khí và tỷ lệ đốt cháy. Phần còn lại bị loại bỏ trong các nâng cấp nhỏ, một số trong số đó đã có sẵn (như 2-4% khi nâng cấp từ tốc độ sáu lên mười tốc độ trong hộp số và 3-4% với chức năng dừng/khởi động tự động). Phần lớn của việc giảm trọng lượng (13,6%) được thực hiện nhờ hệ thống van và ống xả được đơn giản hóa, cộng với đầu/ống xả tích hợp có thể thực hiện được bằng cách chuyển sang động cơ 6 xilanh thẳng hàng. Một chảo dầu làm từ sợi carbon rèn thêm 2,7% và in 3D đầu xi lanh được tối ưu hóa chiếm 1,2% khác.

Bạn nghĩ sao?

369 Points
Upvote Downvote

Bình luận

Leave a Reply