Sådan virker homogen ladningskomprimeringstænding

I en søgen efter stadig forbedret brændstofeffektivitet og reduktion af emissioner har en gammel og meget lovende idé fundet nyt liv. HCCI (homogen ladning Komprimeringstænding) teknologi har eksisteret i lang tid, men har for nylig fået fornyet opmærksomhed og entusiasme. Mens de første år så mange uovervindelige (på det tidspunkt) forhindringer, hvis svar kun ville komme som sofistikeret computerstyret elektronik blev udviklet og modnet til pålidelige teknologier, fremskridt gik i stå. Tiden har som altid gjort sin magi, og næsten ethvert problem er løst. HCCI er en idé, hvis tid er inde med næsten alle teknologidele og know-how på plads for at få det rigtigt ud.

En HCCI-motor er en blanding af begge konventionelle gnisttænding og diesel kompressionstænding teknologi. Blandingen af ​​disse to design tilbyder diesellignende høj effektivitet uden den vanskelige - og dyre - at håndtere NOx og partikler. I sin mest basale form betyder det simpelthen, at brændstof (benzin eller E85) blandes homogent (grundigt og fuldstændigt) med luft i forbrændingskammer (meget lig en almindelig tændt tændt benzinmotor), men med en meget høj andel luft til brændstof (mager blanding). Når motorens stempel når sit højeste punkt (top dead centre) på kompressionsslaget, blandes luft / brændstof antændes (forbrændes spontant og fuldstændigt uden tændrørshjælp) fra kompressionsvarme, ligesom en diesel motor. Resultatet er det bedste fra begge verdener: lavt forbrug af brændstof og lave emissioner.

I en HCCI-motor (som er baseret på 4-takts Otto-cyklus) er brændstofleveringskontrol af største betydning i styringen af ​​forbrændingsprocessen. På indsugningsslaget indsprøjtes brændstof i hver cylinders forbrændingskammer via brændstofinjektorer monteret direkte i cylinderhovedet. Dette opnås uafhængigt af luftinduktion, der finder sted gennem indtagsplenum. Ved afslutningen af ​​indsugningsslaget er brændstof og luft fuldt indført og blandet i cylinderens forbrændingskammer.

Når stemplet begynder at bevæge sig op igen under kompressionsslaget, begynder varme at bygge i forbrændingskammeret. Når stemplet når slutningen af ​​dette slag, er der akkumuleret tilstrækkelig varme til at forårsage brændstof / luft blanding til spontant forbrænding (ingen gnist er nødvendigt) og tving stemplet ned for strømmen slag. I modsætning til konventionelle gnistmotorer (og endda dieselmotorer) er forbrændingsprocessen en mager, lav temperatur og ildfri frigivelse af energi over hele forbrændingskammeret. Hele brændstofblanding brændes samtidig og producerer ækvivalent kraft, men bruger meget mindre brændstof og frigiver langt færre emissioner i processen.

Ved afslutningen af ​​magtslaget vender stemplet retning igen og initierer udstødningslaget, men før alle udstødningsgasser kan evakueres, udstødningsventilerne lukkes tidligt og fanger noget af den latente forbrænding varme. Denne varme bevares, og en lille mængde brændstof indsprøjtes i forbrændingskammeret i en forudladning (for at hjælpe med at kontrollere forbrændingstemperaturer og emissioner) før det næste indsugtslag begynder.

Et løbende udviklingsproblem med HCCI-motorer styrer forbrændingsprocessen. I traditionelle gnistmotorer justeres forbrændingstimingen let ved hjælp af motorstyringskontrolmodulet, der ændrer gnistbegivenheden og måske brændstoflevering. Det er ikke så let med HCCIs ildfri forbrænding. Forbrændingskammerets temperatur og blandingssammensætning skal kontrolleres tæt inden for hurtigt skiftende og meget smalle tærskler, der inkluderer parametre som cylindertryk, motorbelastning og omdrejningstal og gasposition, ekstreme omgivelsestemperaturer og atmosfæretryk skifter. De fleste af disse forhold kompenseres med sensorer og automatiske justeringer af ellers normalt faste handlinger. Inkluderet er individuelle cylindertrykssensorer, variabel hydraulisk ventilløft og elektromekaniske fasere til kamakseltiming. Tricket er ikke så meget som at få disse systemer til at fungere, da det får dem til at arbejde sammen, meget hurtigt og over mange tusinder af miles og års slid. Måske er dog lige så udfordrende problemet med at holde disse avancerede kontrolsystemer overkommelige.

• Lean forbrænding giver 15 procent stigning i brændstofeffektivitet i forhold til en konventionel tændt tændingsmotor.
• Renere forbrænding og lavere emissioner (især NOx) end en konventionel gnisttændingsmotor.
• Kompatibel med benzin såvel som E85 (ethanol) brændstof.
• Brændstof brændes hurtigere og ved lavere temperaturer, hvilket reducerer varmenergitabet sammenlignet med en konventionel gnistmotor.
• Throttleless induktionssystem eliminerer friktions-pumpetab, der opstår i traditionelle (gashåndtag) gnistmotorer.

• Højt cylindertryk kræver stærkere (og dyrere) motorkonstruktion.
• Mere begrænset effektområde end en konventionel gnistmotor.
• De mange faser med forbrændingsegenskaber er vanskelige (og dyrere) at kontrollere.

Det er tydeligt, at HCCI-teknologi tilbyder overlegen brændstofeffektivitet og emissionskontrol sammenlignet med den konventionelle afprøvede gnist tænding benzinmotor. Hvad der ikke er så usikkert endnu er disse motorers evne til at levere disse egenskaber billigt og, sandsynligvis mere vigtigt, pålideligt i køretøjets levetid. Fortsatte fremskridt inden for elektronisk kontrol har bragt HCCI til bunden af ​​brugbar virkelighed, og yderligere forbedringer vil være nødvendige for at skubbe den ud over kanten til daglig produktion køretøjer.