Jak funguje homogenní nábojové kompresní zapalování

Ve snaze o neustále se zlepšující účinnost paliva a snižování emisí našel starý a velmi slibný nápad nový život. HCCI (homogenní náboj Zapalování komprese) technologie existuje již dlouhou dobu, ale nedávno získala novou pozornost a nadšení. Zatímco v raných letech bylo vidět mnoho nepřekonatelných (v té době) překážek, jejichž odpovědi by se objevily až sofistikovaná elektronika řízená počítačem byla vyvinuta a vyzrálá ve spolehlivé technologie, pokrok zastavil. Čas jako vždy dělá svou magii a téměř každý problém byl vyřešen. HCCI je nápad, jehož čas přišel s téměř všemi částmi a kousky technologie a know-how na místě, aby se opravdu jít na to.

Motor HCCI je kombinací obou konvenčních jiskření a naftu kompresní zapalování technologie. Míchání těchto dvou návrhů nabízí vysokou účinnost jako u nafty bez obtížných - a nákladných - řešení emisí NOx a pevných částic. Ve své nejzákladnější podobě to jednoduše znamená, že palivo (benzín nebo E85) je homogenně (důkladně a úplně) smícháno se vzduchem v spalovací komora (velmi podobná běžnému zážehovému benzínovému motoru), ale s velmi vysokým podílem vzduchu na palivo (chudá směs). Jakmile píst motoru dosáhne nejvyššího bodu (horní úvrat) kompresního zdvihu, směs vzduchu a paliva automaticky se zapálí (spontánně a zcela spaluje bez asistence zapalovací svíčky) z kompresního tepla, podobně jako nafta motor. Výsledkem je to nejlepší z obou světů: nízká spotřeba paliva a nízké emise.

U motoru HCCI (který je založen na čtyřdobém Ottově cyklu) má řízení dodávky paliva zásadní význam při řízení procesu spalování. Při sacím zdvihu je palivo vstřikováno do spalovací komory každého válce pomocí vstřikovačů paliva namontovaných přímo v hlavě válce. Toho je dosaženo nezávisle na indukci vzduchu, ke které dochází přes sací komoru. Na konci sacího zdvihu bylo palivo a vzduch úplně zavedeno a smícháno ve spalovací komoře válce.

Jakmile se píst začne během kompresního zdvihu pohybovat vzhůru, začne se ve spalovací komoře vytvářet teplo. Když píst dosáhne konce tohoto zdvihu, nahromadilo se dostatečné teplo, které způsobí palivo / vzduch směs se spontánně spálí (není potřeba jiskra) a tlačí píst dolů pro sílu mrtvice. Na rozdíl od konvenčních zážehových motorů (a dokonce i dieselových motorů) je spalovací proces štíhlé, nízké a bezplamenné uvolňování energie v celé spalovací komoře. Celá palivová směs se spaluje současně a produkuje ekvivalentní výkon, ale používá mnohem méně paliva a uvolňuje mnohem méně emisí v procesu.

Na konci silového zdvihu píst opět obrátí směr a zahájí zdvih výfukového plynu, ale dříve všechny výfukové plyny mohou být evakuovány, výfukové ventily se zavírají brzy a zachycují část latentního spalování teplo. Toto teplo je zachováno a malé množství paliva je vstřikováno do spalovací komory po dobu před nabitím (pro pomoc s kontrolou teploty spalování a emisí) před dalším sacím zdvihem začíná.

Probíhající vývojový problém s motory HCCI je řízení procesu spalování. U tradičních zážehových motorů je časování spalování snadno nastavitelné řídicím modulem řízení motoru, který mění jiskrovou událost a možná dodávku paliva. S bezplamenným spalováním HCCI to není tak snadné. Teplota spalovací komory a složení směsi musí být přísně kontrolovány v rámci rychle se měnících a velmi úzkých prahů, které zahrnují parametry, jako je tlak válce, zatížení motoru a otáčky a poloha škrticí klapky, extrémní teploty okolního vzduchu a atmosférický tlak Změny. Většina z těchto podmínek je kompenzována senzory a automatickým nastavením jinak normálně pevných akcí. Zahrnuty jsou individuální snímače tlaku ve válci, variabilní zdvih hydraulického ventilu a elektromechanické fázovače pro načasování vačkového hřídele. Trik není tolik, jak přimět tyto systémy, aby fungovaly, ale nutí je, aby spolupracovaly, velmi rychle a během tisíce kilometrů a let opotřebení. Možná bude stejně obtížné udržet tyto pokročilé řídicí systémy cenově dostupné.

• Štíhlé spalování vrací 15% zvýšení palivové účinnosti oproti běžnému zážehovému motoru.
• Čistší spalování a nižší emise (zejména NOx) než u běžných zážehových motorů.
• Kompatibilní s benzinem i s palivem E85 (ethanol).
• Palivo se spaluje rychleji a při nižších teplotách, což ve srovnání s konvenčním zážehovým motorem snižuje ztráty tepelné energie.
• Throttlless indukční systém eliminuje ztráty způsobené třením při tradičním (tělo škrticí klapky) zapalovací motory.

• Vysoký tlak válce vyžaduje silnější (a dražší) konstrukci motoru.
• Omezený rozsah výkonu než konvenční zážehový motor.
• Mnoho fází spalovacích charakteristik je obtížné (a dražší) regulovat.

Je zřejmé, že technologie HCCI nabízí vynikající spotřebu paliva a kontrolu emisí ve srovnání s konvenčními osvědčenými jiskry zapalování benzínový motor. Dosud není jisté, zda tyto motory dokážou tyto vlastnosti poskytovat levně a pravděpodobně ještě důležitěji spolehlivě po celou dobu životnosti vozidla. Neustálý pokrok v elektronických kontrolách způsobil, že HCCI bylo propracováno realita a další upřesnění bude nutné, aby se posunula přes okraj do každodenní produkce vozidel.