Как работи запалването при компресия с хомогенно зареждане

В стремежа си към непрекъснато подобряване на горивната ефективност и намаляване на емисиите стара и много обещаваща идея намери нов живот. HCCI (хомогенен заряд Компресионно запалване) технологията съществува отдавна, но наскоро получи обновено внимание и ентусиазъм. Докато в ранните години се виждаха много непреодолими (по онова време) препятствия, чиито отговори щяха да дойдат само като усъвършенствана компютърно контролирана електроника е разработена и отлежала в надеждни технологии, напредък застой. Времето, както винаги, работи своята магия и почти всеки проблем е решен. HCCI е идея, чието време дойде с почти всички части и части от технологиите и ноу-хау, за да се реализира истински.

HCCI двигателят е комбинация от двете конвенционални искрово запалване и дизел компресионно запалване технология. Смесването на тези два дизайна предлага дизелова висока ефективност, без трудното и скъпо - да се справят с NOx и емисиите от прахови частици. В най-основната си форма, това просто означава, че горивото (бензин или Е85) се хомогенно (старателно и напълно) се смесва с въздуха в горивна камера (много подобна на обикновения бензинов двигател с искрово запалване), но с много висок дял въздух към гориво (постно смес). Когато буталото на двигателя достигне най-високата си точка (горната мъртва точка) при хода на компресията, сместа въздух / гориво автоматично запалване (спонтанно и напълно горене, без запалителна свещ) от топлина при сгъстяване, подобно на дизел двигател. Резултатът е най-доброто от двата свята: ниска консумация на гориво и ниски емисии.

При HCCI двигател (който се основава на четиритактовия цикъл на Ото) контролът на подаването на гориво е от първостепенно значение за контролирането на процеса на горене. При хода на всмукването горивото се впръсква в горивната камера на всеки цилиндър чрез инжектори за гориво, монтирани директно в главата на цилиндъра. Това се постига независимо от въздушната индукция, която се осъществява през всмукателния пленум. До края на хода на всмукването горивото и въздухът са напълно въведени и смесени в горивната камера на цилиндъра.

Тъй като буталото започва да се движи обратно по време на хода на компресия, топлината започва да се натрупва в горивната камера. Когато буталото достигне края на този ход, се е натрупала достатъчно топлина, която да причини гориво / въздух смес, за да се изгори спонтанно (не е необходима искра) и да принуди буталото за захранване удар. За разлика от конвенционалните искрови двигатели (и дори дизелите), процесът на изгаряне е слабо, ниска температура и пламъчно освобождаване на енергия в цялата горивна камера. Цялата горивна смес се изгаря едновременно, произвеждайки еквивалентна мощност, но използвайки много по-малко гориво и отделяйки далеч по-малко емисии в процеса.

В края на мощностния ход буталото отново обръща посоката и инициира хода на изгорелите газове, но преди това всички отработени газове могат да бъдат евакуирани, изпускателните клапани да се затворят рано, улавяйки част от латентното изгаряне топлина. Тази топлина се запазва и в горивната камера се впръсква малко количество гориво предварително зареждане (за да се контролира температурата на горивото и емисиите) преди следващия удар започва.

Продължаващ проблем с развитието на HCCI двигателите е контролирането на процеса на горене. В традиционните искрови двигатели времето за горене лесно се регулира от контролния модул за управление на двигателя, променящ искрата и може би доставката на гориво. С пламъчното горене на HCCI не е толкова лесно. Температурата и камерата на горивната камера трябва да бъдат строго контролирани в рамките на бързо променящи се и много тесни прагове, които включват параметри като налягане в цилиндъра, натоварване на двигателя и обороти в минута и положение на дросела, крайни температури на околния въздух и атмосферно налягане се променя. Повечето от тези условия се компенсират със сензори и автоматични настройки на нормално фиксирани действия. Включени са индивидуални сензори за налягане в цилиндъра, променлив хидравличен повдигащ клапан и електромеханични фазори за синхронизация на разпределителния вал. Номерът не е толкова, колкото да накарате тези системи да работят, колкото да ги накарате да работят заедно, много бързо и в продължение на много хиляди километри и години на износване. Може би също толкова предизвикателен ще бъде проблемът с поддържането на тези модерни системи за управление на достъпни цени.

• Слабото изгаряне възвръща 15 процента увеличение на ефективността на горивото спрямо конвенционален двигател с искрово запалване.
• По-чисто горене и по-ниски емисии (особено NOx) в сравнение с конвенционален двигател с искрово запалване.
• Съвместим с бензин, както и с E85 (етанол) гориво.
• Горивото се изгаря по-бързо и при по-ниски температури, намалявайки загубата на топлинна енергия в сравнение с конвенционалния двигател с искри.
• Индукционната система без дросели елиминира загубите от триене при изпомпване, възникнали в традиционните (тяло на дросела) двигатели с искри.

• Високото налягане на цилиндъра изисква по-силна (и по-скъпа) конструкция на двигателя.
• По-ограничен обхват на мощност от конвенционален двигател с искри.
• Многото фази на характеристиките на горенето са трудни за контрол (и по-скъпи).

Ясно е, че технологията HCCI предлага превъзходна горивна ефективност и контрол на емисиите в сравнение с конвенционалната изпитана искра запалване бензинов двигател. Това, което все още не е толкова сигурно, е способността на тези двигатели да предоставят тези характеристики евтино и, вероятно по-важното, надеждно през целия живот на автомобила. Продължаващият напредък в електронните контроли доведе HCCI до пропастта на работа реалност и ще бъдат необходими допълнителни усъвършенствания, за да се тласнат през ръба в ежедневното производство превозни средства.