Aprindere cu compresie omogenă HCCI

În căutarea îmbunătățirii continue a eficienței combustibilului și a reducerii emisiilor, o idee veche și foarte promițătoare și-a găsit viață nouă. Tehnologia HCCI (Omogenous Charry Compression Ignition) este de foarte mult timp dar a primit recent atenție și entuziasm reînnoit. În timp ce primii ani au văzut multe obstacole insurmontabile (la vremea respectivă) ale căror răspunsuri ar veni doar pe măsură ce electronica sofisticată controlată de computer a fost dezvoltată și maturizată în tehnologii fiabile, progresul s-a oprit. Timpul a funcționat, așa cum face întotdeauna, magia sa și aproape toate problemele au fost rezolvate. HCCI este o idee al cărei timp a venit cu aproape toate componentele și tehnologiile și know-how-ul în vigoare pentru a face o treabă reală.

Ce este HCCI?

Un motor HCCI este un amestec atât de tehnologie convențională de aprindere prin scânteie cât și de tehnologie de aprindere prin compresie diesel. Amestecarea acestor două modele oferă eficiență ridicată, asemănătoare motorinei, fără a fi dificil și scump să se ocupe de emisii de NOx și de particule. În forma sa cea mai de bază, înseamnă pur și simplu că combustibilul (benzină sau E85) este amestecat omogen (complet și complet) cu aerul din camera de ardere (foarte similar cu un motor obișnuit cu benzină cu aprindere prin scânteie), dar cu o proporție foarte mare de aer la combustibil (amestec slab). Pe măsură ce pistonul motorului atinge cel mai înalt punct (centrul mort superior) pe cursa de compresie, amestecul de aer / combustibil se autoaprinde (se ard spontan și complet fără a fi asigurată bujie) de la căldura de compresie, la fel ca un motor diesel. Rezultatul este cel mai bun din ambele lumi: consum redus de combustibil și emisii reduse.

Cum funcționează HCCI?

Într-un motor HCCI (care se bazează pe ciclul Otto în patru timpi), controlul livrării de combustibil este de o importanță crucială în controlul procesului de ardere. La cursa de admisie, combustibilul este injectat în fiecare cameră de combustie a cilindrilor prin intermediul injectoarelor de combustibil montate direct în chiulasa. Aceasta se realizează independent de inducția de aer care are loc prin camera de admisie. Până la sfârșitul cursei de admisie, combustibilul și aerul au fost complet introduse și amestecate în camera de ardere a cilindrului.

Pe măsură ce pistonul începe să se deplaseze înapoi în timpul cursei de compresie, căldura începe să se acumuleze în camera de ardere. Când pistonul atinge sfârșitul acestei cursuri, s-a acumulat suficientă căldură pentru a provoca amestecul de combustibil / aer să ardă spontan (nu este necesară scânteie) și să forțeze pistonul în jos pentru cursa de putere. Spre deosebire de motoarele cu scânteie convenționale (și chiar dizelele), procesul de ardere este o eliberare slabă, de temperatură scăzută și de eliberare a flăcării fără energie în toată camera de ardere. Întregul amestec de combustibil este ars simultan producând o putere echivalentă, dar folosind mult mai puțin combustibil și eliberând mult mai puține emisii în proces.

La sfârșitul cursei de alimentare, pistonul inversează din nou direcția și inițiază cursa de evacuare, dar înainte ca toate gazele de evacuare să poată fi evacuate, supapele de evacuare se închid mai devreme, prinzând o parte din căldura latentă de ardere. Această căldură este păstrată și o cantitate mică de combustibil este injectată în camera de ardere pentru o pre-încărcare (pentru a ajuta la controlul temperaturilor și al emisiilor de ardere) înainte de începerea următoarei lovituri de admisie.

Provocări pentru ICCI

O problemă continuă de dezvoltare a motoarelor HCCI este controlul procesului de ardere. În motoarele tradiționale cu scânteie, sincronizarea combustiei se ajustează cu ușurință prin modulul de control al managementului motorului schimbând evenimentul de scânteie și poate livrarea de combustibil. Nu este aproape atât de ușor cu combustia fără flăcări a HCCI. Temperatura camerei de ardere și compoziția amestecului trebuie să fie controlate strâns în praguri care se schimbă rapid și foarte restrânse, care includ parametri precum presiunea cilindrului, sarcina motorului și RPM și poziția clapetei de accelerație, extremele temperaturii mediului ambiant și schimbările de presiune atmosferică. Majoritatea acestor condiții sunt compensate cu senzori și reglaje automate la acțiuni fixe în alt mod normal. Sunt incluși senzori individuali de presiune a cilindrilor, ridicare de supape hidraulice variabile și fazere electromecanice pentru cronometrarea arborelui cu came. Trucul nu este acela de a face ca aceste sisteme să funcționeze, deoarece le determină să lucreze împreună foarte repede și peste multe mii de kilometri și ani de uzură. Poate la fel de provocator va fi și problema menținerii la prețuri accesibile a acestor sisteme avansate de control.

Avantajele HCCI

• Combustiunea slabă îmbunătățește eficiența combustibilului cu o creștere cu 15% a unui motor convențional cu aprindere prin scânteie.
• Combustie mai curată și emisii mai mici (în special NOx) decât un motor convențional cu aprindere prin scânteie.
• Compatibil cu benzină, precum și cu combustibil E85 (etanol).
• Combustibilul este ars mai rapid și la temperaturi mai scăzute, reducând pierderea de energie termică în comparație cu un motor convenabil cu scânteie.
• Sistemul de inducție fără roti elimină pierderile de pompare prin frecare suferite de motoarele cu scânteie tradiționale (corp de accelerație).

Dezavantajele HCCI

• Presiunile ridicate ale cilindrilor necesită o construcție mai puternică (și mai scumpă) a motorului.
• Domeniu de putere mai limitat decât un motor convenabil cu scânteie.
• Multe faze ale caracteristicilor de ardere sunt greu de controlat (și mai costisitoare).

Este clar că tehnologia HCCI oferă o eficiență superioară a combustibilului și un control al emisiilor, comparativ cu motorul obișnuit cu benzină cu aprindere prin scânteie. Ceea ce nu este atât de sigur este capacitatea acestor motoare de a furniza aceste caracteristici ieftin și, probabil, mai important, de-a lungul vieții vehiculului. Progresele continue ale controalelor electronice au adus HCCI în vârful realității viabile și vor fi necesare perfecționări suplimentare pentru a o împinge peste marginea vehiculelor de producție de zi cu zi..