Come funziona l'accensione della compressione della carica omogenea

Alla ricerca di un consumo di carburante e di una riduzione delle emissioni in costante miglioramento, un'idea vecchia e molto promettente ha trovato nuova vita. HCCI (carica omogenea Accensione a compressione) la tecnologia esiste da molto tempo ma recentemente ha ricevuto rinnovata attenzione ed entusiasmo. Mentre i primi anni vedevano molti ostacoli insormontabili (all'epoca) le cui risposte sarebbero arrivate solo come elettronica sofisticata controllata da computer sono stati sviluppati e maturati in tecnologie affidabili, progressi in fase di stallo. Il tempo, come sempre, ha fatto la sua magia e quasi tutti i problemi sono stati risolti. HCCI è un'idea il cui tempo è arrivato con quasi tutte le parti, i pezzi di tecnologia e il know-how in atto per farcela davvero.

Un motore HCCI è un mix di entrambi convenzionali accensione a scintilla e diesel accensione a compressione tecnologia. La fusione di questi due design offre un'alta efficienza simile al diesel senza la difficile e costosa gestione delle emissioni di NOx e di particolato. Nella sua forma più semplice, significa semplicemente che il carburante (benzina o E85) viene miscelato in modo omogeneo (completo e completo) con l'aria nel camera di combustione (molto simile a un normale motore a benzina con accensione a scintilla), ma con una percentuale molto elevata di aria da alimentare (magra miscela). Quando il pistone del motore raggiunge il punto più alto (punto morto superiore) sulla corsa di compressione, la miscela aria / carburante si autoaccende (si combina spontaneamente e completamente senza assistenza per le candele) dal calore di compressione, proprio come un diesel motore. Il risultato è il migliore dei due mondi: basso consumo di carburante e basse emissioni.

In un motore HCCI (che si basa sul ciclo Otto a quattro tempi), il controllo dell'erogazione del carburante è di fondamentale importanza nel controllo del processo di combustione. Sulla corsa di aspirazione, il carburante viene iniettato nella camera di combustione di ciascun cilindro tramite iniettori di carburante montati direttamente nella testata. Ciò si ottiene indipendentemente dall'induzione dell'aria che avviene attraverso il plenum di aspirazione. Alla fine della corsa di aspirazione, carburante e aria sono stati completamente introdotti e miscelati nella camera di combustione del cilindro.

Quando il pistone inizia a risalire durante la corsa di compressione, il calore inizia a formarsi nella camera di combustione. Quando il pistone raggiunge la fine di questa corsa, si è accumulato calore sufficiente a causare carburante / aria miscela per bruciare spontaneamente (non è necessaria alcuna scintilla) e forzare il pistone verso il basso per la potenza ictus. A differenza dei motori a scintilla convenzionali (e persino dei diesel), il processo di combustione è un rilascio di energia magro, a bassa temperatura e senza fiamma attraverso l'intera camera di combustione. L'intera miscela di carburante viene bruciata simultaneamente producendo potenza equivalente, ma utilizzando molto meno carburante e rilasciando molte meno emissioni nel processo.

Alla fine della corsa di potenza, il pistone inverte di nuovo la direzione e inizia la corsa di scarico, ma prima tutti i gas di scarico possono essere evacuati, le valvole di scarico si chiudono presto, intrappolando parte della combustione latente calore. Questo calore viene preservato e una piccola quantità di combustibile viene iniettata nella camera di combustione per a precarica (per aiutare a controllare le temperature di combustione e le emissioni) prima della successiva corsa di aspirazione comincia.

Un problema di sviluppo in corso con i motori HCCI è il controllo del processo di combustione. Nei motori a scintilla tradizionali, i tempi di combustione sono facilmente regolabili dal modulo di controllo di gestione del motore che modifica l'evento della scintilla e forse l'erogazione del carburante. Non è così facile con la combustione senza fiamma di HCCI. La temperatura della camera di combustione e la composizione della miscela devono essere strettamente controllate entro soglie che cambiano rapidamente e molto strette parametri quali la pressione della bombola, il carico del motore, i giri / min e la posizione dell'acceleratore, i valori estremi della temperatura dell'aria ambiente e la pressione atmosferica i cambiamenti. La maggior parte di queste condizioni sono compensate da sensori e regolazioni automatiche per azioni altrimenti normalmente fisse. Sono inclusi sensori di pressione dei singoli cilindri, sollevamento variabile della valvola idraulica e phaser elettromeccanici per la fasatura dell'albero a camme. Il trucco non è tanto quello di far funzionare questi sistemi, quanto di farli lavorare insieme, molto rapidamente e per molte migliaia di miglia e anni di usura. Forse altrettanto problematico sarà il problema di mantenere accessibili questi avanzati sistemi di controllo.

• La combustione magra restituisce un aumento del 15 percento dell'efficienza del carburante rispetto a un motore ad accensione comandata convenzionale.
• Combustione più pulita e emissioni più basse (soprattutto NOx) rispetto a un motore ad accensione comandata convenzionale.
• Compatibile con benzina e carburante E85 (etanolo).
• Il carburante viene bruciato più rapidamente e a temperature più basse, riducendo la perdita di energia termica rispetto a un motore a scintilla convenzionale.
• Il sistema di induzione senza motore elimina le perdite per pompaggio per attrito sostenute nei tradizionali (corpo farfallato) motori spark.

• Le pressioni elevate dei cilindri richiedono una costruzione del motore più forte (e più costosa).
• Gamma di potenza più limitata rispetto a un motore a scintilla convenzionale.
• Le numerose fasi delle caratteristiche di combustione sono difficili (e più costose) da controllare.

È chiaro che la tecnologia HCCI offre un consumo di carburante e un controllo delle emissioni superiori rispetto alla tradizionale scintilla collaudata accensione motore a gasolio. Ciò che non è ancora così certo è la capacità di questi motori di offrire queste caratteristiche in modo economico e, probabilmente ancora più importante, in modo affidabile per tutta la vita del veicolo. I continui progressi nei controlli elettronici hanno portato l'HCCI a precipitare di fattibilità realtà, e saranno necessari ulteriori perfezionamenti per spingerlo oltre il limite della produzione quotidiana veicoli.