Πώς λειτουργεί η ομοιογενής ανάφλεξη συμπίεσης φορτίου

Στην προσπάθεια συνεχούς βελτίωσης της απόδοσης των καυσίμων και της μείωσης των εκπομπών, μια παλιά και πολλά υποσχόμενη ιδέα έχει βρει νέα ζωή. HCCI (Ομογενής Φόρτιση Συμπίεση ανάφλεξης) η τεχνολογία ήταν εδώ και πολύ καιρό, αλλά πρόσφατα έλαβε νέα προσοχή και ενθουσιασμό. Ενώ τα πρώτα χρόνια είδαν πολλά ανυπέρβλητα (τότε) εμπόδια των οποίων οι απαντήσεις θα έρχονταν μόνο ως εξελιγμένα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα από ηλεκτρονικό υπολογιστή αναπτύχθηκαν και ωρίμασαν σε αξιόπιστες τεχνολογίες, την πρόοδο στάση. Ο χρόνος, όπως πάντα, δούλεψε τη μαγεία του και σχεδόν όλα τα προβλήματα έχουν λυθεί. Το HCCI είναι μια ιδέα της οποίας ο καιρός έρχεται με σχεδόν όλα τα μέρη και τα κομμάτια της τεχνολογίας και της τεχνογνωσίας που υπάρχουν για να το κάνουν πραγματικά.

Ένας κινητήρας HCCI είναι ένα μίγμα και των δύο συμβατικών σπινθήρα και ντίζελ ανάφλεξη με συμπίεση τεχνολογία. Η ανάμειξη αυτών των δύο σχεδίων προσφέρει υψηλής απόδοσης ντίζελ υψηλή απόδοση χωρίς την δύσκολη και δαπανηρή αντιμετώπιση των εκπομπών NOx και των σωματιδίων. Στην πιο βασική του μορφή, απλά σημαίνει ότι το καύσιμο (βενζίνη ή E85) είναι ομογενώς (πλήρως και εντελώς) αναμεμειγμένο με αέρα στην θάλαμο καύσης (πολύ παρόμοιο με έναν κανονικό βενζινοκινητήρα με ανάφλεξη με σπινθήρα), αλλά με πολύ υψηλό ποσοστό αέρα προς καύσιμο (άπαχο μίγμα). Καθώς το έμβολο του κινητήρα φτάνει στο υψηλότερο σημείο του (κορυφαίο νεκρό σημείο) στη διαδρομή συμπίεσης, το μίγμα αέρα / καυσίμου αυτόματα ανάφλεξη (αυθόρμητα και πλήρως καύση χωρίς βοήθεια μπουζί) από τη θερμότητα συμπίεσης, σαν ένα ντίζελ μηχανή. Το αποτέλεσμα είναι το καλύτερο και των δύο κόσμων: χαμηλή κατανάλωση καυσίμου και χαμηλές εκπομπές ρύπων.

Σε έναν κινητήρα HCCI (ο οποίος βασίζεται στον τετράχρονο κύκλο Otto), ο έλεγχος παράδοσης καυσίμου είναι πρωταρχικής σημασίας για τον έλεγχο της διαδικασίας καύσης. Κατά τη διαδρομή εισαγωγής, το καύσιμο εισάγεται στο θάλαμο καύσης κάθε κυλίνδρου μέσω μπεκ ψεκασμού καυσίμου τοποθετημένων απευθείας στην κυλινδροκεφαλή. Αυτό επιτυγχάνεται ανεξάρτητα από την επαγωγή αέρα η οποία λαμβάνει χώρα μέσω του χώρου εισαγωγής. Μέχρι το τέλος της διαδρομής εισαγωγής, το καύσιμο και ο αέρας έχουν εισαχθεί πλήρως και αναμιγνύονται στο θάλαμο καύσης του κυλίνδρου.

Καθώς το έμβολο αρχίζει να κινείται πίσω κατά τη διάρκεια της διαδρομής συμπίεσης, η θερμότητα αρχίζει να χτίζει στο θάλαμο καύσης. Όταν το έμβολο φτάσει στο τέλος αυτής της διαδρομής, έχει συσσωρευτεί επαρκής θερμότητα για να προκαλέσει το καύσιμο / τον αέρα το μείγμα για να καεί αυθόρμητα (δεν απαιτείται σπινθήρας) και να πιέσει το έμβολο προς τα κάτω για την παροχή ρεύματος Εγκεφαλικό. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς κινητήρες με σπινθήρες (και ακόμη και με πετρελαιοκινητήρες), η διαδικασία καύσης είναι μια άπαχη, χαμηλής θερμοκρασίας και χωρίς φλόγες απελευθέρωση ενέργειας σε όλο το θάλαμο καύσης. Το σύνολο του μείγματος καυσίμου καίγεται ταυτόχρονα και παράγει ισοδύναμη ισχύ, αλλά χρησιμοποιεί πολύ λιγότερα καύσιμα και απελευθερώνει πολύ λιγότερες εκπομπές στη διαδικασία.

Στο τέλος της διαδρομής ισχύος, το έμβολο αναστρέφει ξανά την κατεύθυνση και ξεκινά τη διαδρομή εξαγωγής, αλλά πριν όλα τα καυσαέρια μπορούν να εκκενωθούν, οι βαλβίδες εξαγωγής κλείνουν νωρίς, παγιδεύοντας μέρος της λανθάνουσας καύσης θερμότητα. Αυτή η θερμότητα διατηρείται, και μια μικρή ποσότητα καυσίμου εγχέεται στο θάλαμο καύσης για ένα προ-φορτίο (για να βοηθήσετε στον έλεγχο των θερμοκρασιών καύσης και των εκπομπών) πριν από την επόμενη διαδρομή εισαγωγής αρχίζει.

Ένα συνεχιζόμενο αναπτυξιακό πρόβλημα με τους κινητήρες HCCI ελέγχει τη διαδικασία καύσης. Σε παραδοσιακούς κινητήρες με σπινθήρα, ο χρονισμός καύσης ρυθμίζεται εύκολα από τη μονάδα ελέγχου του κινητήρα, αλλάζοντας το συμβάν σπινθήρων και ίσως την παροχή καυσίμου. Δεν είναι σχεδόν τόσο εύκολο στην καύση χωρίς φλόγα του HCCI. Η θερμοκρασία του θαλάμου καύσης και η σύνθεση του μείγματος πρέπει να ελέγχονται αυστηρά με τα γρήγορα αλλάζοντα και πολύ στενά όρια που περιλαμβάνουν παραμέτρους όπως η πίεση του κυλίνδρου, το φορτίο του κινητήρα και οι στροφές RPM και η θέση του γκαζιού, οι ακραίες θερμοκρασίες του αέρα περιβάλλοντος και η ατμοσφαιρική πίεση αλλαγές. Οι περισσότερες από αυτές τις συνθήκες αντισταθμίζονται με αισθητήρες και με αυτόματες ρυθμίσεις σε άλλες κανονικά καθορισμένες ενέργειες. Περιλαμβάνονται μεμονωμένοι αισθητήρες πίεσης κυλίνδρων, μεταβλητός υδραυλικός ανελκυστήρας βαλβίδων και ηλεκτρομηχανικοί φασέρ για χρονισμό εκκεντροφόρου. Το τέχνασμα δεν είναι τόσο πολύ ώστε να λειτουργήσουν αυτά τα συστήματα, καθώς αυτά τα δουλεύουν μαζί, πολύ γρήγορα και σε πολλά χιλιάδες μίλια και χρόνια φθοράς. Ίσως εξίσου δύσκολο θα είναι το πρόβλημα της διατήρησης αυτών των προηγμένων συστημάτων ελέγχου σε προσιτές τιμές.

• Η άκαμπτη καύση επιστρέφει 15 τοις εκατό αύξηση της αποδοτικότητας καυσίμου σε σχέση με μια συμβατική μηχανή ανάφλεξης με σπινθήρα.
• Καθαρότερη καύση και χαμηλότερες εκπομπές (ειδικά NOx) από μια συμβατική μηχανή ανάφλεξης με σπινθήρα.
• Συμβατό με βενζίνη καθώς και καύσιμο E85 (αιθανόλη).
• Το καύσιμο καίγεται πιο γρήγορα και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, μειώνοντας την απώλεια θερμικής ενέργειας σε σύγκριση με έναν συμβατικό κινητήρα με σπινθήρα.
• Το σύστημα επαγωγής χωρίς πεταλούδα εξαλείφει τις απώλειες άντλησης τριβής που προκύπτουν από την παραδοσιακή (σώμα του γκαζιού) σπινθήρες.

• Οι υψηλές πιέσεις του κυλίνδρου απαιτούν ισχυρότερη (και ακριβότερη) κατασκευή κινητήρα.
• Περιορισμένη ισχύς ισχύος από έναν συμβατικό κινητήρα με σπινθήρες.
• Οι πολλές φάσεις των χαρακτηριστικών καύσης είναι δύσκολες (και ακριβότερες) για τον έλεγχο.

Είναι σαφές ότι η τεχνολογία HCCI προσφέρει εξαιρετική απόδοση καυσίμου και έλεγχο των εκπομπών σε σύγκριση με τον συμβατικό δοκιμασμένο και αληθινό σπινθήρα ανάφλεξη κινητήρας βενζίνης. Αυτό που δεν είναι τόσο σίγουρο είναι η ικανότητα αυτών των κινητήρων να προσφέρουν αυτά τα χαρακτηριστικά χωρίς κόστος και, κατά πάσα πιθανότητα, πιο αξιόπιστα καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του οχήματος. Οι συνεχείς εξελίξεις στους ηλεκτρονικούς ελέγχους έχουν φέρει το HCCI στο γκρεμό του λειτουργικού η πραγματικότητα και οι περαιτέρω βελτιώσεις θα είναι απαραίτητες για να το ωθήσουμε πέρα ​​από την άκρη στην καθημερινή παραγωγή οχήματα.