Kuinka homogeeninen varauspuristussytytys toimii

Pyrkimessä jatkuvasti parantamaan polttoainetehokkuutta ja päästöjen vähentämistä, vanha ja erittäin lupaava idea on löytänyt uuden elämän. HCCI (homogeeninen varaus Puristussytytys) tekniikka on ollut olemassa jo kauan, mutta se on äskettäin saanut uutta huomiota ja innostusta. Alkuvuosina oli monia ylitsepääsemättömiä (tuolloin) esteitä, joiden vastaukset vastaantuvat kehitettiin hienostunut tietokoneohjattu elektroniikka ja kypsytettiin luotettavaksi tekniikaksi, edistykseksi pysähtynyt. Aika, kuten aina, on toiminut taikuutensa ja melkein kaikki ongelmat on ratkaistu. HCCI on idea, jonka aika on tullut lähes kaikkien teknologian ja tietotaidon osien ja osien avulla tosiasiallisesta hyödyntämiseksi.

HCCI-moottori on sekoitus molempia perinteisiä kipinäsytytteinen ja diesel puristussytytys teknologiaa. Näiden kahden mallin sekoitus tarjoaa korkean hyötysuhteen dieselin kaltaisella tavalla ilman vaikeaa ja kallista käsitellä typen oksidien ja hiukkasten päästöjä. Perusmuodossaan se tarkoittaa yksinkertaisesti, että polttoaine (bensiini tai E85) sekoitetaan homogeenisesti (perusteellisesti ja kokonaan) ilmaan polttokammio (hyvin samanlainen kuin tavallinen kipinäsytytteinen bensiinimoottori), mutta erittäin suurella osuudella ilmaa polttoaineeseen (vähärasvainen seos). Kun moottorin mäntä saavuttaa korkeimman pisteen (yläkuollun keskuksen) puristusiskulla, ilma / polttoaine-seos automaattinen syttyminen (spontaanisti ja täysin palaen ilman sytytystulpan apua) puristuslämmöltä, aivan kuten diesel moottori. Tulos on paras molemmista maailmoista: alhainen polttoaineen käyttö ja alhaiset päästöt.

HCCI-moottorissa (joka perustuu nelitahtiseen Otto-sykliin) polttoaineen toimitusohjaus on ensiarvoisen tärkeää palamisprosessin ohjaamisessa. Imusuunnassa polttoaine ruiskutetaan kunkin sylinterin palamiskammioon polttoaineen ruiskuttimien avulla, jotka on asennettu suoraan sylinterin päähän. Tämä saavutetaan riippumatta ilman induktiosta, joka tapahtuu imuputken kautta. Imusuunnan loppuun mennessä polttoaine ja ilma on viety kokonaan ja sekoitettu sylinterin palotilaan.

Kun mäntä alkaa liikkua takaisin ylös puristusiskun aikana, palavuuskammiossa alkaa muodostua lämpöä. Kun mäntä saavuttaa tämän iskun lopun, polttoainetta / ilmaa varten on kertynyt tarpeeksi lämpöä Seos palamaan itsestään (kipinää ei tarvita) ja pakottamaan mäntä alas tehoa varten aivohalvaus. Toisin kuin perinteiset kipinämoottorit (ja jopa dieselit), polttoprosessi on laiha, matala lämpötila ja liekitön energian vapautuminen koko polttokammion läpi. Koko polttoaineseos poltetaan samanaikaisesti tuottaen vastaavaa tehoa, mutta se käyttää paljon vähemmän polttoainetta ja vapauttaa prosessissa paljon vähemmän päästöjä.

Voiman iskun lopussa mäntä kääntää suunnan uudelleen ja käynnistää pakokaasun, mutta ennen kaikki pakokaasut voidaan evakuoida, pakoventtiilit sulkeutuvat aikaisin, loukkaaessa osan latentista palamisesta kuumenna. Tämä lämpö säilyy, ja pieni määrä polttoainetta ruiskutetaan polttokammioon a esitäyttö (palamislämpötilojen ja päästöjen hallinnan helpottamiseksi) ennen seuraavaa imuvaihetta alkaa.

HCCI-moottoreiden jatkuva kehitysongelma on palamisprosessin hallinta. Perinteisissä kipinämoottoreissa palamisen ajoitusta voidaan säätää helposti moottorinhallinnan ohjausyksiköllä, joka muuttaa kipinätapahtumaa ja mahdollisesti polttoaineen toimitusta. Se ei ole läheskään niin helppoa HCCI: n liekkittömässä palamisessa. Palamiskammion lämpötilaa ja seoksen koostumusta on valvottava tiukasti nopeasti muuttuvissa ja erittäin kapeissa kynnysarvoissa, joihin sisältyy parametrit, kuten sylinterin paine, moottorin kuorma ja kierrosluvut sekä kuristusasento, ympäröivän ilman lämpötilan äärimmäisyys ja ilmakehän paine muuttuu. Suurin osa näistä olosuhteista korvataan antureilla ja automaattisilla säätöillä muuten normaalisti kiinteisiin toimintoihin. Mukana ovat yksittäiset sylinterin paineanturit, säädettävä hydraulinen venttiilin nosto ja sähkömekaaniset vaiheittimet nokka-akselin ajoitusta varten. Temppu ei ole niinkään näiden järjestelmien saaminen toimimaan kuin niiden saaminen toimimaan yhdessä nopeasti, tuhansien mailien ja vuosien kuluessa. Ehkä yhtä haastava on kuitenkin ongelma näiden edistyneiden ohjausjärjestelmien pitämisessä kohtuuhintaisina.

• Vähäpoltto palauttaa polttoainetehokkuuden 15 prosentilla tavanomaisella kipinäsytytysmoottorilla.
• Puhtaampi palaminen ja pienemmät päästöt (erityisesti typen oksidit) kuin tavanomaisella kipinäsytytysmoottorilla.
• Yhteensopiva bensiinin ja E85 (etanoli) polttoaineen kanssa.
• Polttoaine poltetaan nopeammin ja alhaisemmissa lämpötiloissa, mikä vähentää lämpöenergian menetystä verrattuna tavanomaiseen kipinämoottoriin.
• Kaasuton induktiojärjestelmä eliminoi kitkapumppuhäviöt perinteisissä (kaasuvipu) kipinämoottorit.

• Korkeat sylinteripaineet vaativat vahvempaa (ja kalliimpaa) moottorin rakennetta.
• Rajoitetumpi tehoalue kuin perinteisessä kipinämoottorissa.
• Palamisominaisuuksien monia vaiheita on vaikea (ja kalliimpaa) hallita.

On selvää, että HCCI-tekniikka tarjoaa erinomaisen polttoainetehokkuuden ja päästöjen hallinnan verrattuna tavanomaiseen kokeiltuun kipinään sytytys bensiinimoottori. Mikä ei ole vielä varmaa, on näiden moottorien kyky toimittaa nämä ominaisuudet edullisesti ja, mikä tärkeintä, luotettavasti ajoneuvon koko käyttöiän ajan. Jatkuvat edistysaskeleet elektronisissa ohjauksissa ovat tuoneet HCCI: n toimivien saarille todellisuutta, ja edelleen tarkennuksia tarvitaan sen työntämiseksi reunan yli jokapäiväiseen tuotantoon ajoneuvoja.