Ako funguje zapaľovanie homogénnej kompresie náboja

V snahe neustále zlepšovať palivovú úspornosť a znižovanie emisií našiel starý a veľmi sľubný nápad nový život. HCCI (homogénny náboj Zapaľovanie kompresie) technológia existuje už dlho, ale nedávno získala novú pozornosť a nadšenie. Kým v prvých rokoch bolo vidieť veľa neprekonateľných (v tom čase) prekážok, ktorých odpovede by sa len dostali sofistikovaná počítačom riadená elektronika sa vyvinula a dozrievala na spoľahlivé technológie, pokrok zastavil. Čas, ako vždy, pracoval na svojej mágii a takmer každý problém bol vyriešený. HCCI je nápad, ktorého čas prišiel s takmer všetkými časťami a časťami technológie a know-how, aby sa to skutočne využilo.

Motor HCCI je zmesou oboch konvenčných zážihovým a naftu vznetové zapaľovanie technológie. Zmiešanie týchto dvoch vzorov ponúka vysokú účinnosť podobnú dieselovému motoru bez toho, aby bolo ťažké a drahé nákladné zvládať emisie NOx a tuhých znečisťujúcich látok. Vo svojej najzákladnejšej podobe to jednoducho znamená, že palivo (benzín alebo E85) je homogénne (dôkladne a úplne) zmiešané so vzduchom v spaľovacia komora (veľmi podobná bežnému zážihovému benzínovému motoru), ale s veľmi vysokým podielom vzduchu na palivo (chudá zmesi). Keď piest motora dosiahne najvyšší bod (horná úvrať) kompresného zdvihu, zmes vzduch / palivo samovznietenie (spontánne a úplne spaľujúce bez asistencie zapaľovacej sviečky) z kompresného tepla, podobne ako nafta engine. Výsledkom je to najlepšie z oboch svetov: nízka spotreba paliva a nízke emisie.

V motore HCCI (ktorý je založený na štvortaktnom Ottovom cykle) má riadenie dodávky paliva prvoradý význam pri riadení procesu spaľovania. Pri nasávacom zdvihu sa palivo vstrekuje do spaľovacej komory každého valca pomocou vstrekovačov paliva namontovaných priamo v hlave valca. Toto sa dosahuje nezávisle od nasávania vzduchu, ktoré sa uskutočňuje cez sací priestor. Na konci nasávacieho zdvihu bolo palivo a vzduch úplne zavedené a zmiešané v spaľovacej komore valca.

Keď sa piest začne počas kompresného zdvihu pohybovať späť, začína sa v spaľovacej komore vytvárať teplo. Keď piest dosiahne koniec tohto zdvihu, nahromadilo sa dostatočné množstvo tepla, ktoré spôsobí palivo / vzduch zmes sa samovoľne vznieti (nie je potrebná iskra) a tlačí piest na silu mŕtvica. Na rozdiel od konvenčných zážihových motorov (a dokonca aj dieselových motorov) je spaľovacím procesom chudé, nízkoteplotné a bezplamenné uvoľňovanie energie v celej spaľovacej komore. Celá palivová zmes sa spaľuje súčasne za vzniku ekvivalentnej energie, ale pri použití oveľa menšieho množstva paliva a uvoľňovaní oveľa menšieho množstva emisií z procesu.

Na konci silového zdvihu piest opäť otočí smer a spustí výfukový zdvih, ale skôr všetky výfukové plyny môžu byť odvádzané, výfukové ventily sa zatvoria čoskoro a zachytia časť latentného spaľovania teplo. Toto teplo je zachované a malé množstvo paliva je vstrekované do spaľovacej komory na a pred nabíjaním (aby ste pomohli regulovať teploty a emisie spaľovania) pred ďalším zdvihom nasávania začína.

Pretrvávajúci vývojový problém s motormi HCCI riadi proces spaľovania. V tradičných zážihových motoroch sa časovanie spaľovania ľahko nastavuje pomocou riadiaceho modulu riadenia motora, ktorý mení udalosť zapaľovania a prípadne dodávku paliva. S bezplameňovým spaľovaním HCCI to nie je také ľahké. Teplota a zloženie zmesi v spaľovacej komore sa musia prísne kontrolovať v rámci rýchlo sa meniacich a veľmi úzkych prahov, ktoré zahŕňajú parametre ako tlak valca, zaťaženie motora a otáčky a poloha škrtiacej klapky, extrémne teploty okolitého vzduchu a atmosférický tlak nemení. Väčšina z týchto podmienok je kompenzovaná senzormi a automatickým nastavením inak normálne pevných akcií. Zahrnuté sú individuálne snímače tlaku vo valci, variabilný zdvih hydraulického ventilu a elektromechanické fázovače pre načasovanie vačkového hriadeľa. Trik nie je ani tak taký, ako prinútiť tieto systémy, aby fungovali, ale prinútil ich, aby spolu pracovali, veľmi rýchlo a počas tisícov kilometrov a rokov opotrebovania. Snáď rovnako náročné bude však aj to, že tieto moderné riadiace systémy zostanú dostupné.

• Štíhle spaľovanie v porovnaní s konvenčným zážihovým motorom prináša 15% zvýšenie palivovej účinnosti.
• Čistejšie spaľovanie a nižšie emisie (najmä NOx) ako konvenčný zážihový motor.
• Kompatibilné s benzínom, ako aj s palivom E85 (etanol).
• Palivo sa spaľuje rýchlejšie a pri nízkych teplotách, čo v porovnaní s konvenčným zážihovým motorom znižuje tepelné straty.
• Bezprúdový indukčný systém eliminuje straty spôsobené trením pri tradičných (škrtiace teleso) zážihové motory.

• Vysoký tlak vo valcoch vyžaduje silnejšiu (a drahšiu) konštrukciu motora.
• Obmedzený rozsah výkonu ako konvenčný zážihový motor.
• Ovládanie mnohých fáz spaľovacích charakteristík je zložité (a nákladnejšie).

Je zrejmé, že technológia HCCI ponúka vynikajúcu palivovú úspornosť a kontrolu emisií v porovnaní s tradičnou osvedčenou iskrou zapaľovanie benzínový motor. Zatiaľ však nie je isté, či tieto motory dokážu tieto vlastnosti poskytovať lacno a pravdepodobne ešte spoľahlivejšie počas životnosti vozidla. Neustály pokrok v elektronickom ovládaní priniesol HCCI na priepasť funkčných realita a ďalšie vylepšenia budú potrebné, aby sa posunula cez hranicu do každodennej výroby vozidiel.