Бензиновый двигатель с воспламенением от сжатия

04.03.2019

В стремлении к топливной эффективности и сокращению выбросов, старая и очень перспективная идея нашла новую жизнь. HCCI (Однородная Charge Compression Ignition технология) была на слуху в течение долгого времени, но недавно получила повышенное внимание. В первые годы было много непреодолимых препятствий для создания такого двигателя и прогресс застопорился. со временем почти каждая проблема решена. HCCI — это технология, чье время настало.

Двигатель HCCI представляет собой смесь как обычного искрового зажигания, так и дизельного. Смешивание этих двух конструкций обеспечивает дизельную высокую эффективность без сложного и дорогостоящего решения проблем выбросов NOx и твердых частиц. В своей основной форме это просто означает, что топливо (бензин) смешивается с воздухом в камере сгорания, но с очень высокой долей воздух к топливу (обедненная смесь). По мере того, как поршень двигателя достигает верхней мертвой точки на такте сжатия, воздушно-топливная смесь автоматически воспламеняется (спонтанно и полностью сгорает без помощи свечи зажигания) от тепла сжатия, как в дизельном двигателе. Результат — лучший из двух миров: низкий расход топлива и низкие выбросы. Если хотите увеличить мощность обычного двигателя, то вам в тюнинг ателье, где профессионалы прокачают машину не хуже чем Xzibit.

Как работает HCCI

В двигателе HCCI (который основан на четырехтактном цикле Otto) управление подачей топлива имеет первостепенное значение. Во время такта впуска топливо впрыскивается в камеру сгорания каждого цилиндра через топливные форсунки, установленные непосредственно в головке цилиндров. Это достигается независимо от воздушной индукции, которая проходит через впускную камеру. К концу такта впуска топливо и воздух были полностью введены и смешаны в камере сгорания цилиндра.

Когда поршень начинает двигаться вверх во время такта сжатия, в камере сгорания начинает накапливаться тепло. Когда поршень достигает конца этого хода, накапливается достаточное количество тепла, чтобы смесь воспламенилась. В отличие от обычных искровых двигателей (и даже дизелей), процесс сжигания представляет собой обедненный, низкотемпературный и беспламенное высвобождение энергии во всей камере сгорания. Вся топливная смесь сгорает одновременно, производя эквивалентную мощность, но используя намного меньше топлива и выделяя намного меньше выбросов в процессе.

Во время такта выпуска выпускные клапаны закрываются рано, захватывая часть скрытого тепла горения. Это тепло сохраняется, и небольшое количество топлива впрыскивается в камеру сгорания до начала следующего такта впуска.

В традиционных искровых двигателях зажигание регулируется модулем управления двигателем, изменяющим момент воспламенения и подачу топлива. В HCCI это не так-то просто. Температура камеры сгорания и состав смеси должны жестко контролироваться в быстро меняющихся и очень узких порогах, которые включают такие параметры, как давление в цилиндре, нагрузка на двигатель и обороты в минуту, положение дроссельной заслонки, температуры окружающей среды и изменения атмосферного давления. В комплект входят индивидуальные датчики давления в баллоне, регулируемый подъем гидравлического клапана и электромеханические фазеры для распределительных валов. Трюк заключается не столько в том, чтобы заставить эти системы работать, сколько заставлять их работать вместе, очень быстро, и на протяжении многих тысяч километров и лет износа.

Преимущества HCCI

• 15-процентное увеличение топливной эффективности по сравнению с обычным двигателем с искровым зажиганием.

• Более чистое сгорание и более низкие выбросы (особенно NOx), чем обычный двигатель с искровым зажиганием.

• Совместим с бензином, а также с топливом E85 (этанол).

• Топливо сжигается быстрее и при более низких температурах, уменьшая потери тепловой энергии по сравнению с обычным искровым двигателем.

• Система дроссельной индукции устраняет насосные потери, возникающие в традиционных (дроссельных) искровых двигателях.

Недостатки HCCI

• Высокое давление в цилиндре требует более сильной (и более дорогостоящей) конструкции двигателя.

• Более ограниченный диапазон мощности, чем обычный искровой двигатель.

• Множество фаз характеристик сгорания трудно (и более дорого) контролировать.

Понятно, что технология HCCI обеспечивает превосходную топливную экономичность и контроль за выбросами по сравнению с обычным исправным бензиновым двигателем с искровым зажиганием. Что еще немаловажно, так это способность этих двигателей надежно переносить нагрузки в течение всего срока службы транспортного средства. Продолжающиеся достижения в области электронного контроля привели HCCI к работоспособной реальности, и дальнейшее развитие необходимо, чтобы эти двигатели оказались под капотом автомобилей.