איך עובד הצתה של דחיסת מטען דחיסה

במסע אחר שיפור מתמיד ביעילות הדלק והפחתת פליטות, רעיון ישן ומבטיח מאוד מצא חיים חדשים. HCCI (חיוב הומוגני הצתה לדחיסה) הטכנולוגיה קיימת כבר זמן רב אך לאחרונה קיבלה תשומת לב והתלהבות מחודשת. בעוד שבשנים הראשונות רואים מכשולים רבים בלתי ניתנים לערעור (בזמנו) שתשובותיהם רק יבואו אלקטרוניקה מתוחכמת מבוקרת מחשבים פותחו והבשילו לטכנולוגיות אמינות, התקדמות נתקע. הזמן, כמו תמיד, עבד את קסמו וכמעט כל בעיה נפתרה. HCCI הוא רעיון שהזמן שלו הגיע עם כמעט כל חלקי הטכנולוגיה והידע שיש בו כדי לממש את זה.

מנוע HCCI הוא תערובת של שניהם קונבנציונליים בהצתת ניצוץ וסולר הצתה של דחיסה טכנולוגיה. מיזוג שני העיצובים הללו מציע יעילות גבוהה דמוית דיזל ללא פליטה קשה ויקרה להתמודדות עם פליטות NOx וחומרים חלקיקים. בצורתו הבסיסית ביותר, זה פשוט אומר שדלק (בנזין או E85) מעורבב בצורה הומוגנית (ביסודיות ומוחלטת) עם אוויר בתוך תא בעירה (דומה מאוד למנוע בנזין רגיל המבעיר ניצוץ), אך עם יחס גבוה מאוד של אוויר לדלק (רזה תערובת). כאשר בוכנת המנוע מגיעה לנקודה הגבוהה ביותר (מרכז המתים העליון) במכת הדחיסה, תערובת האוויר / הדלק מתלקח אוטומטית (מסתובב באופן ספונטני ומוחלט ללא מצת) מכיוון חום דחיסה, כמו דיזל מנוע. התוצאה היא הטובה משני העולמות: צריכת דלק נמוכה ופליטות נמוכות.

במנוע HCCI (המבוסס על מחזור אוטו ארבע פעימות), יש חשיבות עליונה לבקרת מסירת דלק בבקרה על תהליך הבעירה. במכת הצריכה מוזרק דלק לתא הבעירה של כל צילינדר באמצעות מזרקי דלק המותקנים ישירות בראש הצילינדר. זה מושג באופן עצמאי מאינדוקציה אוויר שמתרחש דרך מליאת הצריכה. בסוף שבץ הצריכה, דלק ואוויר הוכנסו במלואם לתערובת הבעירה של הצילינדר.

כאשר הבוכנה מתחילה לנוע כלפי מעלה במהלך שבץ הדחיסה, מתחיל להיווצר חום בתא הבעירה. כאשר הבוכנה מגיעה לסוף המכה הזו, הצטבר מספיק חום בכדי לגרום לדלק / אוויר תערובת לצריבה ספונטנית (אין צורך בניצוץ) ומכריח את הבוכנה כלפי מטה לכוח שבץ. שלא כמו מנועי ניצוץ קונבנציונליים (ואפילו דיזל), תהליך הבעירה הוא טמפרטורה רזה ונמוכה ושחרור אנרגיה ללא דליקה בכל תא הבעירה. כל תערובת הדלק נשרפת בו זמנית מייצרת כוח שווה ערך, אך משתמשת בהרבה פחות דלק ומשחררת הרבה פחות פליטות בתהליך.

בסיום פעולת הכוח, הבוכנה מתהפכת שוב בכיוון ויוזמת את שבץ הפליטה, אך לפני כן ניתן לפנות את כל גזי הפליטה, שסתומי הפליטה נסגרים מוקדם, לוכדים חלק מהבעירה הסמויה חום. חום זה נשמר, וכמות קטנה של דלק מוזרק לתא הבעירה למשך א טעינה מראש (כדי לסייע בבקרת טמפרטורות הבעירה והפליטות) לפני שבץ הצריכה הבא מתחיל.

בעיה התפתחותית מתמשכת במנועי HCCI היא שליטה בתהליך הבעירה. במנועי ניצוץ מסורתיים, ניתן להתאים בקלות את תזמון הבעירה על ידי מודול הבקרה לניהול המנועים המשנה את אירוע הניצוץ ואולי משלוח דלק. זה לא כמעט כל כך קל עם הבעירה חסרת האש של HCCI. יש לשלוט בחוזקה על טמפרטורת תא הבעירה ועל הרכב התערובת בתוך ספים משתנים ומהירים מאוד הכוללים פרמטרים כמו לחץ צילינדר, עומס המנוע וסיבובי סל"ד ותנוחת מצערת, קיצוניות בטמפרטורת האוויר הסביבתית ולחץ אטמוספרי שינויים. מרבית התנאים הללו מקבלים פיצוי באמצעות חיישנים והתאמות אוטומטיות לפעולות קבועות בדרך כלל. כלולים חיישני לחץ צילינדרים בודדים, הרמת שסתום הידראולית משתנה ופייסרים אלקטרומכניים לתזמון גל זיזים. הטריק הוא לא כמו לגרום למערכות אלה לעבוד שכן הוא גורם להן לעבוד יחד, מהר מאוד, וברבות אלפי מיילים ושנים של בלאי. אולי אפילו מאתגר לא פחות יהיה הבעיה של שמירה על מערכות בקרה מתקדמות אלה במחיר סביר.

• בעירה רזה מחזירה עלייה של 15 אחוז ביעילות הדלק לעומת מנוע הצתה רגיל.
• בעירה נקייה יותר ופליטות נמוכות יותר (בעיקר NOx) מאשר מנוע הצתה רגיל.
• תואם בנזין כמו גם דלק E85 (אתנול).
• הדלק נשרף במהירות ובטמפרטורות נמוכות יותר, מה שמפחית את איבוד אנרגיית החום בהשוואה למנוע ניצוץ קונבנציונאלי.
• מערכת אינדוקציה ללא מצערת מבטלת הפסדי שאיבה בחיכוך שנגרמו במסורתית (גוף מצערת) מנועי ניצוץ.

• לחצי צילינדר גבוהים דורשים בניית מנוע חזקה יותר (ויקרה יותר).
• טווח הספק מוגבל יותר ממנוע ניצוץ רגיל.
• השלבים הרבים של מאפייני הבעירה קשים לשליטה (ויקרה יותר).

ברור שטכנולוגיית HCCI מציעה יעילות דלק ובקרת פליטות מעולה לעומת הניצוץ המקובל והמקובל הצתה מנוע דלק. מה שלא כל כך בטוח עדיין הוא היכולת של מנועים אלה לספק את המאפיינים הללו בזול, וכנראה יותר חשוב, באופן אמין לאורך חיי הרכב. התקדמות מתמשכת בבקרות אלקטרוניות הביאה את HCCI למצב של מעשי מציאות, ושכלולים נוספים יידרשו כדי לדחוף אותה מעבר לקצה לייצור יומיומי כלי רכב.