Hvordan homogen ladingskompresjon tenning fungerer

I en søken etter stadig bedre drivstoffeffektivitet og reduksjon av utslipp har en gammel og veldig lovende idé funnet nytt liv. HCCI (homogen avgift Kompresjon tenning) teknologi har eksistert i lang tid, men har nylig fått fornyet oppmerksomhet og entusiasme. Mens de første årene så mange uoverkommelige (den gangen) hindringer hvis svar bare ville komme sofistikert datakontrollert elektronikk ble utviklet og modnet til pålitelige teknologier, fremgang stoppet. Tiden har som alltid gjort sin magi og nesten alle problemer er løst. HCCI er en idé hvis tid har kommet med nesten alle deler og teknologi og kunnskap på plass for å få et skikkelig grep om det.

En HCCI-motor er en blanding av begge konvensjonelle gnisttenning og diesel kompresjon tenning teknologi. Blandingen av disse to designene gir diesellignende høy effektivitet uten vanskelige - og dyre - å håndtere NOx og svevestøv. I sin mest grunnleggende form betyr det ganske enkelt at drivstoff (bensin eller E85) er homogent (grundig og fullstendig) blandet med luft i forbrenningskammer (veldig likt en vanlig gnist-antent bensinmotor), men med en veldig høy andel luft til drivstoff (mager blanding). Når motorens stempel når sitt høyeste punkt (topp døde sentrum) på kompresjonsslaget, blandes luft / drivstoff tenner automatisk (spontant og fullstendig forbrenning uten tennplugghjelp) fra kompresjonsvarme, omtrent som en diesel motor. Resultatet er det beste fra begge verdener: lavt drivstofforbruk og lave utslipp.

I en HCCI-motor (som er basert på firetakts Otto-syklusen), er kontroll av drivstofflevering av største betydning for å kontrollere forbrenningsprosessen. På inntakstrøket sprøytes drivstoff inn i hver sylinders forbrenningskammer via drivstoffinjektorer montert direkte i sylinderhodet. Dette oppnås uavhengig av luftinduksjon som foregår gjennom inntakets plenum. Mot slutten av inntaksslaget har drivstoff og luft blitt introdusert og blandet helt i sylinderens forbrenningskammer.

Når stemplet begynner å bevege seg opp igjen under kompresjonsslaget, begynner det å bygge varme i forbrenningskammeret. Når stemplet når slutten av dette slaget, har det samlet seg tilstrekkelig varme til å forårsake drivstoff / luft blanding for å spontant forbrenne (ingen gnist er nødvendig) og press stemplet ned for kraften hjerneslag. I motsetning til konvensjonelle gnistmotorer (og til og med dieseler) er forbrenningsprosessen en mager, lav temperatur og flammeløs frigjøring av energi over hele forbrenningskammeret. Hele drivstoffblandingen brennes samtidig og produserer tilsvarende kraft, men bruker mye mindre drivstoff og frigjør langt færre utslipp i prosessen.

På slutten av kraftslaget snur stemplet retning igjen og setter i gang eksosslaget, men før alle eksosgassene kan evakueres, eksosventilene lukkes tidlig, og fanger noe av den latente forbrenningen varme. Denne varmen bevares, og en liten mengde drivstoff sprøytes inn i forbrenningskammeret i a forhåndsladning (for å kontrollere forbrenningstemperaturer og utslipp) før neste inntakstakt begynner.

Et kontinuerlig utviklingsproblem med HCCI-motorer er å kontrollere forbrenningsprosessen. I tradisjonelle gnistmotorer justeres forbrenningstimingen enkelt ved at styringsmodulen for motorstyring endrer gnisthendelsen og kanskje drivstoffleveransen. Det er ikke så lett med HCCIs flammeløse forbrenning. Forbrenningskammerets temperatur og blandingssammensetning må kontrolleres tett innenfor raskt skiftende og veldig smale terskler som inkluderer parametere som sylindertrykk, motorbelastning og omdreininger og gassposisjon, ekstreme omgivelsestemperaturer og atmosfæretrykk Endringer. De fleste av disse forholdene kompenseres med sensorer og automatiske justeringer til ellers normalt faste handlinger. Inkludert er individuelle sylindertrykksensorer, variabel hydraulisk ventilløft og elektromekaniske faseringer for kamakseltid. Trikset er ikke så mye som å få disse systemene til å fungere, da det får dem til å jobbe sammen, veldig raskt, og over mange tusen miles og år med slitasje. Kanskje like utfordrende vil imidlertid være problemet med å holde disse avanserte kontrollsystemene rimelige.

• Lean forbrenning gir 15 prosent økning i drivstoffeffektivitet i forhold til en konvensjonell tennmotor.
• Renere forbrenning og lavere utslipp (spesielt NOx) enn en vanlig tennmotor.
• Kompatibel med bensin, så vel som E85 (etanol) drivstoff.
• Drivstoff brennes raskere og ved lavere temperaturer, noe som reduserer tap av varmeenergi sammenlignet med en konvensjonell gnistmotor.
• Throttleless induksjonssystem eliminerer friksjonelle pumpetap som oppstår i tradisjonelle (gass ​​kroppen) gnistmotorer.

• Høyt sylindertrykk krever sterkere (og dyrere) motorkonstruksjon.
• Mer begrenset effektområde enn en konvensjonell gnistmotor.
• De mange fasene med forbrenningsegenskaper er vanskelige (og dyrere) å kontrollere.

Det er tydelig at HCCI-teknologien gir overlegen drivstoffeffektivitet og utslippskontroll sammenlignet med den konvensjonelle velprøvde gnisten tenning bensinmotor. Det som ikke er så sikkert ennå, er evnen til disse motorene til å levere disse egenskapene billig, og, sannsynligvis enda viktigere, pålitelig over kjøretøyets levetid. Fortsatte fremskritt innen elektronisk kontroll har brakt HCCI til det fungerende virkeligheten, og ytterligere forbedringer vil være nødvendig for å skyve den over kanten til hverdagsproduksjon kjøretøy.