Kako deluje homogena vžiganje kompresije

V prizadevanju za vedno izboljšanje učinkovitosti porabe goriva in zmanjševanja emisij je stara in zelo obetavna ideja našla novo življenje. HCCI (Homogena napolnitev) Kompresijski vžig) tehnologija že dolgo obstaja, vendar je pred kratkim prejela ponovno pozornost in navdušenje. Medtem ko smo v zgodnjih letih opazili številne nepremostljive (takratne) ovire, katerih odgovori bi šele prišli sofisticirana računalniško vodena elektronika je bila razvita in dozorela v zanesljive tehnologije, napredek zastal. Čas je, kot vedno, deloval svojo čarovnijo in skoraj vsak problem je bil rešen. HCCI je ideja, katere čas je prišel s skoraj vsemi deli in deli tehnologije ter znanja in izkušenj, da se resnično uresniči.

HCCI motor je kombinacija obeh običajnih iskrenje in dizel kompresijski vžig tehnologija. Mešanje teh dveh modelov ponuja dizelsko visoko učinkovitost, brez težav - in drago - za reševanje emisij NOx in trdnih delcev. V svoji najbolj osnovni obliki preprosto pomeni, da se gorivo (bencin ali E85) homogeno (temeljito in v celoti) meša z zrakom v zgorevalna komora (zelo podobna navadnemu bencinskemu motorju na iskrenje), vendar z zelo visokim deležem zraka in goriva (pusto mešanica). Ko je bat motorja dosegel svojo najvišjo točko (zgornje mrtvo sredino) na stiskalni hod, mešanica zrak / gorivo samodejno vžge (spontano in popolnoma izgoreva brez vžigalne svečke) pred vročinsko kompresijo, podobno kot dizel motor. Rezultat je najboljše iz obeh svetov: nizka poraba goriva in nizke emisije.

Pri HCCI motorju (ki temelji na štiritaktnem ciklu Otto) je nadzor nad dovajanjem goriva izrednega pomena pri nadzoru procesa zgorevanja. Na vhodnem hodu se gorivo vbrizga v zgorevalno komoro vsakega valja, in sicer skozi vbrizgalnike goriva, nameščene neposredno v glavo valja. To dosežemo neodvisno od zračne indukcije, ki poteka skozi sesalni plenum. Na koncu dovodnega giba sta gorivo in zrak v celoti vstavila in mešala v zgorevalni komori valja.

Ko se bata med kompresijskim udarcem začne premikati nazaj, se v zgorevalni komori začne proizvajati toplota. Ko bat doseže konec tega giba, se je nabralo dovolj toplote, ki povzroča gorivo / zrak mešanica za spontano zgorevanje (nobena iskrica ni potrebna) in potisni bat navzdol za napajanje kap. Za razliko od običajnih iskrečih motorjev (in celo dizlov) je postopek zgorevanja vitko, nizko temperaturo in negorljivo sproščanje energije po celotni zgorevalni komori. Celotna zmes za gorivo sežiga hkrati, pri čemer se porabi enakovredna moč, vendar se porabi veliko manj goriva in se v tem procesu sprosti veliko manj emisij.

Na koncu pogonske poteze bat ponovno obrne smer in sproži izpušni hod, vendar še prej vsi izpušni plini se lahko evakuirajo, izpušni ventili se zgodaj zaprejo in ujamejo nekaj latentnega zgorevanja toplota. Ta toplota je ohranjena in majhna količina goriva se vbrizga v zgorevalno komoro za pred napolnitvijo (za pomoč pri nadzoru temperature in emisij izgorevanja) pred naslednjim vbrizgavanjem se začne.

Stalni razvojni problem pri HCCI motorjih je nadzor nad postopkom zgorevanja. V tradicionalnih motorjih z iskricami čas krmiljenja enostavno prilagodi krmilni modul upravljanja motorja, ki spremeni iskrenje in morda dovajanje goriva. Z HCCI-jevim brezžičnim zgorevanjem niti približno ni tako enostavno. Temperaturo zgorevalne komore in sestavo mešanice je treba natančno nadzorovati znotraj hitro spreminjajočih se in zelo ozkih pragov, ki vključujejo parametri, kot so tlak v cilindru, obremenitev motorja in obratov vrtljajev ter položaj plina, ekstremne temperature zunanjega zraka in atmosferski tlak spremembe. Večino teh pogojev nadomestimo s senzorji in samodejnimi prilagoditvami sicer običajno fiksnih dejanj. Priloženi so posamezni senzorji tlaka v valju, spremenljivo hidravlično dviganje ventilov in elektromehanski faktorji za krmiljenje odmične gredi. Trik ni toliko v tem, da bi te sisteme lahko delali, kot na to, da bi jih delali skupaj, zelo hitro in skozi več tisoč kilometrov in let obrabe. Morda bo ravno tako težaven problem ohranjanja cenovno dostopnih naprednih nadzornih sistemov.

• Ležeče zgorevanje prinaša 15-odstotno povečanje izkoristka goriva v primerjavi z običajnim motorjem z vžigom.
• Čistejše zgorevanje in manjše emisije (zlasti NOx) kot običajni motor z vžigom.
• Združljiv z bencinom in gorivom E85 (etanol).
• Gorivo se gori hitreje in pri nižjih temperaturah, kar zmanjšuje izgubo toplotne energije v primerjavi z običajnim motorjem z iskrico.
• Indukcijski sistem brez trenja odpravlja izgube zaradi črpanja zaradi trenja, ki nastanejo pri tradicionalnih (telo ročice) iskre motorji.

• Visoki tlaki cilindrov zahtevajo močnejšo (in dražjo) konstrukcijo motorja.
• Bolj omejen obseg moči kot običajni motor z iskrico.
• Številne faze zgorevalnih lastnosti je težko (in dražje) nadzorovati.

Jasno je, da tehnologija HCCI ponuja vrhunsko učinkovitost porabe goriva in nadzor emisij v primerjavi z običajnimi preizkušenimi iskrami vžig bencinski motor. Kar še ni gotovo, je zmožnost teh motorjev, da te lastnosti zagotavljajo poceni in, kar je še pomembneje, zanesljivo v celotni življenjski dobi vozila. Nadaljnje napredovanje v elektronskem nadzoru je pripeljalo HCCI do obornosti resničnost, potrebne pa bodo dodatne izpopolnitve, da se bo to potisnilo čez rob v vsakodnevno proizvodnjo vozil.