Motorul cu amestec omogen i aprindere prin comprimare (HCCI)(3) Un motor pe benzin (cu injecie indirect, n poarta supapei) funcioneaz cu amestec (aer-combustibil) omogen i aprindere prin scnteie (HCSI). Teoretic, n orice punct din camera de ardere, nainte de faza de aprindere, raportul aer-combustibil este constant. Motorul diesel (cu injecie direct, n cilindru) funcioneaz cu amestec (aer-combustibil) stratificat i aprindere prin comprimare (SCCI). Raportul aer-combustibil, dup injecie, variaz n camera de ardere. Amestecul este mai bogat n vecintatea injectorului i mai srac pe msur ce ne apropiem de pereii cilindrului. MotorulHCCIfuncioneaza cu amestec omogen i aprindere prin comprimare. Din punct de vedere al amestecului aer-combustibil i al modului de aprindere, este unhibrid ntre motorul pe benzin (Otto) i cel diesel. Acesta funcioneaz cu benzin dar aprinderea amestecului se face ca la motorul diesel, prin comprimare.

Foto: Motor HCCI dezvoltat de GMSursa: GM Sintez tipuri de motoare din punct de vedere al amestecului aer-combustibil i al aprinderii:MotorAbreviereCombustibilAmestec aer-combustibilMod aprindere

OttoHCSIBenzinOmogenScnteie

DieselSCCIMotorinStratificatComprimare

HibridHCCIBenzin, Motorin, combustibili sintetici, combustibili alternativiOmogenComprimare

Motorul HCCIcombin avantajul motorului pe benzin (ardere mai curat, lipsa emisiilor de particulelor i 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 (datorit arderii la temperaturi mai sczute), fr utilizarea unuicatalizator pe trei ci. Cu toate acestea prezena emisiilor de monoxid de carbon (CO) i a hidrocarburilor (HC) impun utilizarea catalizatorului. Procesul de ardere la un motor pe benzin cu injecie indirect presupune introducerea amestecului aer-combustibil n camera de ardere la nceputul fazei de admisie i aprinderea acestuia utiliznd o surs extern de energie (bujia). La motorul HCCI amestecul aer-combustibil se auto-aprinde datorit creterii temperaturii n camera de ardere la sfritul cursei de comprimare. Spre deosebire de motorul pe benzin, la care arederea este iniiat n jurul bujiei i se propag n camera de ardere, la un motor HCCI arderea se iniiaz n mai multe puncte simultan, procesul de ardere fiind mult mai rapid, spontan.

BenzinDieselHCCI

Foto: Iniierea procesului de ardere n cilindru La un motor pe benzin cu aprindere prin scnteie controlul arderii se face destul de simplu prin regularea cantitii de benzin injectat i a momentului producerii scnteii (arderii). La un motor diesel controlul procesului de ardere este de asemenea relativ simplu i se realizeaz cu ajutorul momentului iniierii injeciei i prin durata injeciei. Controlul arderii ntr-un motor HCCI este destul de complicat datorit arderii spontane i simulatane n mai multe puncte. Spre deosebire de motoarele pe benzin (cu aprindere prin scnteie) sau cele diesel, nu exist metode directe de control. Procesul de ardere la un motor HCCI poate fi influenat prin mai multe metode: recircularea gazelor arse n motor utilizarea sistemelor de distribuie variabil Prin recircularea gazelor arse n motor se controleaz temperatura din cilindru care are impact asupra auto-aprinderii amestecului aer-combustibil. Sistemele de distribuie variabil permit controlul raportului de comprimare efectiv al motorului. Prin controlul momentului nchiderii supapei de admisie se poate modifica presiunea i implicit temperatura amestecului aer-combustibil la sfritul cursei de comprimare.

Arderea ntr-un motor pe benzin (aprindere prin scnteie)Arderea ntr-un motor HCCI

Sursa: GM GM dezvolt un prototip de motor HCCI bazat pe un motor de serie Ecotec cu 4 cilindri i 2.2 litri. Acest motor echipeaz Opel Vectra i Saturn Aura. Motorul funcioneaz n mod HCCI la viteze sub 90 km/h i sarcini pariale. Motorul HCCI GM a fost modificat astfel nct s permit auto-aprinderea amestecului aer-combustibil ntr-un mod controlat pe o plaj mai larg de puncte de funcionare (sarcin, turaie). Pentru a permite controlul auto-aprinderii motorul este prevzut cu: distribuie variabil: sistem de variere a fazelor de deschidere a supapelor de admisie i evacuare cu acionare electric sistem de ridicare a supapelor n 2 trepte injecie direct de benzin, cu injector central senzori de presiune n cilindri

Arderea n mod aprindere prin scnteieArderea n mod HCCI

Sursa: GM Pentru a permite controlul eficient al arderii un motor HCCI trebuie s fie echipar cu senzori de presiune n fiecare cilindru. De asemenea sistemul de distribuie trebuie s aib un rspuns rapid pentru a permite ajustarea cantitii de aer din cilindrii. n plus este necesar utilizarea unui injector central pentru a eficientiza omogenizarea amestecului aer-combustibil.Avantajele motorului HCCI(comparativ cu un motor pe benzin clasic, cu aprindere prin scnteie): creterea randamentului motorului cu aprox. 30%,datorit funcionrii cu amestecuri srace i raport de comprimare mai mare reducerea consumului de combustibil cu aprox. 15% ardere mai curat iemisii poluantereduse (n special particule), datorit omogenizrii eficiente a amestecului aer-combustibil emisii foarte mici de ozixi de azot (NOx) datorit temperaturii mai sczute a procesului de ardere funcionarea cu mai multe tipuri de combustibil (benzin, diesel, combustibili alternativi)Dezavantajele motorului HCCI(comparativ cu un motor pe benzin clasic, cu aprindere prin scnteie): pornirea la rece este dificil, datorit temperaturii sczute la sfritul cursei de comprimare presiunile mari n cilindrii, datorit arderii rapide (pot afecta durabilitatea motorului) controlul dificil al procesului de auto-aprindere (necesit sistem de distribuie variabil, injecie direct i senzori de presiune n fiecare cilindru) funcionarea doar n anumite regimuri ale motorului (sarcini i turaii mici i medii) Pentru a ntmpina cerinele viitoare legate de emisiile poluante, motorul HCCI pare o soluie viabil. Mai muli constructori auto dezvolt prototipuri cu acest tehnologie inta fiind obinerea unui motor HCCI care s mearg n producia de serie. GM este aproape de fabricarea n serie a motoarelor HCCI, dar nu au comunicat o dat fix. Grupul VW are n dezvoltare dou prototipuri de motoare HCCI: unul care utilizeaz motorin sintetic i funcioneaz cu amestec omogen (CCS) i altul pe benzin (GCI), care funcioneaz n mod benzin clasic la pornire i n regim de acceleraii i mod HCCI la regimuri constante (sarcini i turaii medii). A doua generaie amotorului Mazda Skyactiv-Gare un raport de comprimare de 18:1 i va funciona i n mod HCCI.Video - arderea n mod HCCI (sus) i cu aprindere prin scnteie (jos)

5