Funktionsweise der homogenen Ladungskompressionszündung

Auf der Suche nach einer immer besseren Kraftstoffeffizienz und Emissionsreduzierung hat eine alte und vielversprechende Idee neues Leben gefunden. HCCI (Homogene Ladung) Kompressionszündung) Technologie gibt es schon lange, aber in letzter Zeit hat sie erneut Aufmerksamkeit und Begeisterung erhalten. Während die frühen Jahre viele unüberwindbare (zu der Zeit) Hindernisse sahen, deren Antworten nur als kommen würden Hochentwickelte computergesteuerte Elektronik wurde entwickelt und zu zuverlässigen Technologien und Fortschritten ausgereift ins Stocken geraten. Die Zeit hat wie immer ihre Magie gewirkt und fast jedes Problem wurde gelöst. HCCI ist eine Idee, deren Zeit mit fast allen Teilen und Teilen der Technologie und des Know-hows gekommen ist, um sie wirklich umzusetzen.

Ein HCCI-Motor ist eine Mischung aus beiden konventionellen Funkenentzündung und Diesel Kompressionszündung Technologie. Die Mischung dieser beiden Konstruktionen bietet einen dieselähnlichen hohen Wirkungsgrad, ohne dass es schwierig - und teuer - ist, mit NOx- und Partikelemissionen umzugehen. In seiner grundlegendsten Form bedeutet dies einfach, dass Kraftstoff (Benzin oder E85) homogen (gründlich und vollständig) mit Luft in der Luft gemischt wird Brennkammer (sehr ähnlich einem normalen funkengezündeten Benzinmotor), jedoch mit einem sehr hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (mager) Mischung). Wenn der Kolben des Motors seinen höchsten Punkt (oberer Totpunkt) beim Kompressionshub erreicht, wird das Luft / Kraftstoff-Gemisch Selbstentzündung (spontan und vollständig ohne Zündkerzenunterstützung) durch Kompressionswärme, ähnlich wie bei einem Diesel Motor. Das Ergebnis ist das Beste aus beiden Welten: geringer Kraftstoffverbrauch und geringe Emissionen.

Bei einem HCCI-Motor (der auf dem Viertakt-Otto-Zyklus basiert) ist die Steuerung der Kraftstoffzufuhr für die Steuerung des Verbrennungsprozesses von größter Bedeutung. Beim Ansaugtakt wird Kraftstoff über direkt im Zylinderkopf montierte Kraftstoffinjektoren in die Brennkammer jedes Zylinders eingespritzt. Dies wird unabhängig von der Luftansaugung erreicht, die durch die Ansaugkammer erfolgt. Am Ende des Ansaugtakts wurden Kraftstoff und Luft vollständig in die Brennkammer des Zylinders eingeleitet und gemischt.

Wenn sich der Kolben während des Kompressionshubs wieder nach oben bewegt, beginnt sich Wärme in der Brennkammer aufzubauen. Wenn der Kolben das Ende dieses Hubs erreicht, hat sich genügend Wärme angesammelt, um den Kraftstoff / die Luft zu verursachen Mischung, um sich spontan zu verbrennen (es ist kein Funke erforderlich) und den Kolben für die Kraft nach unten zu drücken Schlaganfall. Im Gegensatz zu herkömmlichen Funkenmotoren (und sogar Dieselmotoren) ist der Verbrennungsprozess eine magere, niedrige Temperatur und flammenlose Energiefreisetzung über den gesamten Brennraum. Das gesamte Kraftstoffgemisch wird gleichzeitig verbrannt, wobei äquivalente Leistung erzeugt wird, jedoch viel weniger Kraftstoff verbraucht wird und dabei weitaus weniger Emissionen freigesetzt werden.

Am Ende des Arbeitstakts kehrt der Kolben die Richtung wieder um und leitet den Auspuffhub ein, jedoch vorher Alle Abgase können evakuiert werden, die Auslassventile schließen früh und fangen einen Teil der latenten Verbrennung ein Hitze. Diese Wärme bleibt erhalten, und eine kleine Menge Kraftstoff wird für a in die Brennkammer eingespritzt Vor dem nächsten Ansaugtakt vorladen (um die Verbrennungstemperaturen und -emissionen besser kontrollieren zu können) beginnt.

Ein anhaltendes Entwicklungsproblem bei HCCI-Motoren ist die Steuerung des Verbrennungsprozesses. Bei herkömmlichen Funkenmotoren kann der Verbrennungszeitpunkt leicht durch das Motormanagement-Steuermodul eingestellt werden, indem das Funkenereignis und möglicherweise die Kraftstoffzufuhr geändert werden. Mit der flammenlosen Verbrennung von HCCI ist es bei weitem nicht so einfach. Die Brennkammertemperatur und die Gemischzusammensetzung müssen innerhalb sich schnell ändernder und sehr enger Schwellenwerte, die Folgendes umfassen, streng kontrolliert werden Parameter wie Zylinderdruck, Motorlast und Drehzahl sowie Drosselklappenstellung, extreme Umgebungslufttemperatur und atmosphärischer Druck Änderungen. Die meisten dieser Zustände werden durch Sensoren und automatische Anpassungen an ansonsten normalerweise festgelegte Aktionen ausgeglichen. Enthalten sind einzelne Zylinderdrucksensoren, variabler hydraulischer Ventilhub und elektromechanische Zeiger für die Nockenwellensteuerung. Der Trick besteht nicht darin, diese Systeme zum Laufen zu bringen, sondern sie dazu zu bringen, sehr schnell und über viele tausend Kilometer und Jahre hinweg zusammenzuarbeiten. Vielleicht genauso herausfordernd wird jedoch das Problem sein, diese fortschrittlichen Steuerungssysteme erschwinglich zu halten.

• Die magere Verbrennung führt zu einer Steigerung der Kraftstoffeffizienz um 15 Prozent gegenüber einem herkömmlichen Ottomotor.
• Sauberere Verbrennung und geringere Emissionen (insbesondere NOx) als bei einem herkömmlichen Ottomotor.
• Kompatibel mit Benzin sowie E85 (Ethanol) Kraftstoff.
• Kraftstoff wird schneller und bei niedrigeren Temperaturen verbrannt, wodurch der Wärmeenergieverlust im Vergleich zu einem herkömmlichen Funkenmotor verringert wird.
• Das drossellose Induktionssystem eliminiert Reibungspumpenverluste, die bei herkömmlichen (Drosselklappengehäuse) Funkenmotoren.

• Hohe Zylinderdrücke erfordern eine stärkere (und teurere) Motorkonstruktion.
• Eingeschränkter Leistungsbereich als bei einem herkömmlichen Funkenmotor.
• Die vielen Phasen der Verbrennungseigenschaften sind schwer (und teurer) zu steuern.

Es ist klar, dass die HCCI-Technologie im Vergleich zum herkömmlichen bewährten Funken eine überlegene Kraftstoffeffizienz und Emissionskontrolle bietet Zündung Benzinmotor. Was noch nicht so sicher ist, ist die Fähigkeit dieser Motoren, diese Eigenschaften kostengünstig und wahrscheinlich, was noch wichtiger ist, zuverlässig über die Lebensdauer des Fahrzeugs zu liefern. Kontinuierliche Fortschritte bei elektronischen Steuerungen haben HCCI an den Abgrund der Arbeitsfähigkeit gebracht Realität, und weitere Verfeinerungen werden notwendig sein, um sie über den Rand der täglichen Produktion zu bringen Fahrzeuge.