Motorul cu amestec omogen și aprindere prin comprimare (HCCI)

    Un motor pe benzină (cu injecție indirectă, în poarta supapei) funcționează cu amestec (aer-combustibil) omogen și aprindere prin scânteie (HCSI). Teoretic, în orice punct din camera de ardere, înainte de faza de aprindere, raportul aer-combustibil este constant.

    Motorul diesel (cu injecție directă, în cilindru) funcționează cu amestec (aer-combustibil) stratificat și aprindere prin comprimare (SCCI). Raportul aer-combustibil, după injecție, variază în camera de ardere. Amestecul este mai bogat în vecinătatea injectorului și mai sărac pe măsură ce ne apropiem de pereții cilindrului.

    Motorul HCCI funcționeaza cu amestec omogen și aprindere prin comprimare. Din punct de vedere al amestecului aer-combustibil și al modului de aprindere, este un hibrid între motorul pe benzină (Otto) și cel diesel. Acesta funcționează cu benzină dar aprinderea amestecului se face ca la motorul diesel, prin comprimare.

Motor HCCI dezvoltat de GM

Foto: Motor HCCI dezvoltat de GM
Sursa: GM

    Sinteză tipuri de motoare din punct de vedere al amestecului aer-combustibil și al aprinderii:

Motor Abreviere Combustibil Amestec aer-combustibil Mod aprindere
Otto HCSI Benzină Omogen Scânteie
Diesel SCCI Motorină Stratificat Comprimare
Hibrid HCCI Benzină, Motorină, combustibili sintetici, combustibili alternativi Omogen Comprimare

    Motorul HCCI combină avantajul motorului pe benzină (ardere mai curată, lipsa emisiilor de particulelor și emisii reduse de NOx) cu avantajul motorului diesel (lipsa perderilor de pompaj, randament mai mare).

    La un motor HCCI nivelul emisiilor de oxizi de azot (NOx) este foarte mic (datorită arderii la temperaturi mai scăzute), fără utilizarea unui catalizator pe trei căi. Cu toate acestea prezența emisiilor de monoxid de carbon (CO) și a hidrocarburilor (HC) impun utilizarea catalizatorului.

    Procesul de ardere la un motor pe benzină cu injecție indirectă presupune introducerea amestecului aer-combustibil în camera de ardere la începutul fazei de admisie și aprinderea acestuia utilizând o sursă externă de energie (bujia).

    La motorul HCCI amestecul aer-combustibil se auto-aprinde datorită creșterii temperaturii în camera de ardere la sfârșitul cursei de comprimare. Spre deosebire de motorul pe benzină, la care arederea este inițiată în jurul bujiei și se propagă în camera de ardere, la un motor HCCI arderea se inițiază în mai multe puncte simultan, procesul de ardere fiind mult mai rapid, spontan.

Inițierea procesului de ardere în cilindru
Benzină   Diesel    HCCI   

Foto: Inițierea procesului de ardere în cilindru

    La un motor pe benzină cu aprindere prin scânteie controlul arderii se face destul de simplu prin regularea cantității de benzină injectată și a momentului producerii scânteii (arderii). La un motor diesel controlul procesului de ardere este de asemenea relativ simplu și se realizează cu ajutorul momentului inițierii injecției și prin durata injecției.

    Controlul arderii într-un motor HCCI este destul de complicat datorită arderii spontane și simulatane în mai multe puncte. Spre deosebire de motoarele pe benzină (cu aprindere prin scânteie) sau cele diesel, nu există metode directe de control. Procesul de ardere la un motor HCCI poate fi influențat prin mai multe metode:

  • recircularea gazelor arse în motor
  • utilizarea sistemelor de distribuție variabilă

    Prin recircularea gazelor arse în motor se controlează temperatura din cilindru care are impact asupra auto-aprinderii amestecului aer-combustibil. Sistemele de distribuție variabilă permit controlul raportului de comprimare efectiv al motorului. Prin controlul momentului închiderii supapei de admisie se poate modifica presiunea și implicit temperatura amestecului aer-combustibil la sfârșitul cursei de comprimare.

Arderea într-un motor cu aprindere cu scânteie și HCCI

Arderea într-un motor pe benzină (aprindere prin scânteie)

Arderea într-un motor HCCI      

Sursa: GM

    GM dezvoltă un prototip de motor HCCI bazat pe un motor de serie Ecotec cu 4 cilindri și 2.2 litri. Acest motor echipează Opel Vectra și Saturn Aura. Motorul funcționează în mod HCCI la viteze sub 90 km/h și sarcini parțiale.

    Motorul HCCI GM a fost modificat astfel încât să permită auto-aprinderea amestecului aer-combustibil într-un mod controlat pe o plajă mai largă de puncte de funcționare (sarcină, turație). Pentru a permite controlul auto-aprinderii motorul este prevăzut cu:

  • distribuție variabilă:
  •     sistem de variere a fazelor de deschidere a supapelor de admisie și evacuare cu acționare electrică
  •     sistem de ridicare a supapelor în 2 trepte
  • injecție directă de benzină, cu injector central
  • senzori de presiune în cilindri
Arderea în mod aprindere prin scânteie și HCCI

Arderea în mod aprindere prin scânteie

Arderea în mod HCCI                        

Sursa: GM

    Pentru a permite controlul eficient al arderii un motor HCCI trebuie să fie echipar cu senzori de presiune în fiecare cilindru. De asemenea sistemul de distribuție trebuie să aibă un răspuns rapid pentru a permite ajustarea cantității de aer din cilindrii. În plus este necesară utilizarea unui injector central pentru a eficientiza omogenizarea amestecului aer-combustibil.

    Avantajele motorului HCCI (comparativ cu un motor pe benzină clasic, cu aprindere prin scânteie):

  • creșterea randamentului motorului cu aprox. 30%,datorită funcționării cu amestecuri sărace și raport de comprimare mai mare
  • reducerea consumului de combustibil cu aprox. 15%
  • ardere mai curată și emisii poluante reduse (în special particule), datorită omogenizării eficiente a amestecului aer-combustibil
  • emisii foarte mici de ozixi de azot (NOx) datorită temperaturii mai scăzute a procesului de ardere
  • funcționarea cu mai multe tipuri de combustibil (benzină, diesel, combustibili alternativi)

    Dezavantajele motorului HCCI (comparativ cu un motor pe benzină clasic, cu aprindere prin scânteie):

  • pornirea la rece este dificilă, datorită temperaturii scăzute la sfârșitul cursei de comprimare
  • presiunile mari în cilindrii, datorită arderii rapide (pot afecta durabilitatea motorului)
  • controlul dificil al procesului de auto-aprindere (necesită sistem de distribuție variabilă, injecție directă și senzori de presiune în fiecare cilindru)
  • funcționarea doar în anumite regimuri ale motorului (sarcini și turații mici și medii)

    Pentru a întâmpina cerințele viitoare legate de emisiile poluante, motorul HCCI pare o soluție viabilă. Mai mulți constructori auto dezvoltă prototipuri cu acestă tehnologie ținta fiind obținerea unui motor HCCI care să meargă în producția de serie.

    GM este aproape de fabricarea în serie a motoarelor HCCI, dar nu au comunicat o dată fixă.

    Grupul VW are în dezvoltare două prototipuri de motoare HCCI: unul care utilizează motorină sintetică și funcționează cu amestec omogen (CCS) și altul pe benzină (GCI), care funcționează în mod benzină clasic la pornire și în regim de accelerații și mod HCCI la regimuri constante (sarcini și turații medii).

    A doua generație a motorului Mazda Skyactiv-G are un raport de comprimare de 18:1 și va funcționa și în mod HCCI.

Video - arderea în mod HCCI (sus) și cu aprindere prin scânteie (jos)

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

OsDeRos
Marți, 02 Decembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Permarcu
Duminică, 02 Noiembrie 2014
Common Rail,nu are nici o legatura cu acest articol,se refera la un sistem de injectie modern.cu element unic de pompare intr-un acumulator de presiune(cale unica).

Raportează comentariul
bbogdanmircea
Joi, 09 Octombrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Niste intrebari stupide din partea mea :
La motorina din ce inteleg eu, motorina este injectata inainte de faza de compresie (ai idee cu cate CA inainte de TDC in mod normal ) si apoi amestecul de aer si motorina se autoaprinde din cauza compresiei .
La acest HCCI care ar fi diferenta, cand este injectata benzina si cand se aprinde amestecul din moment ce arderea este si curata si eficienta ?
Adica nu inteleg practic diferenta dintre un Common Rail si acest HCCI.
Din cat stiu exista mai nou si Common Rail la care injectoarele au si senzor de presiune pe cilindrii deci cam acelasi concept ar fi, doar ca e diferit combustibilul care arde ...
Si a doua intrebarea care ar fi deosebirea intre arderea

Raportează comentariul
Dragosh92
Marți, 07 Octombrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5

Login

Logo motorul anului