موتورهاي (Homogenous Charge Compression Ignition) HCCI

[EN-EZEL 13,039]

موتورهاي (Homogenous Charge Compression Ignition) HCCI

 

امروزه تکنولوژي طراحي موتورهاي احتراق داخلي به سمتي ميل مي کند که از مقدار مشخصي سوخت حداکثر استفاده را بنمايد و آلودگي را نيز تا حد ممکن کاهش دهد. در اين راستا موتورهاي مختلفي از جمله Hybrid, GDI, CNG و HCCI طراحي و ارائه شده اند در اين بين موتورهاي HCCI طرح نوين و کارامدي است که نظر محققين زيادي را به خود جلب کرده است.

اولين تجربه در زمينه موتورهاي HCCI به سال 1979 برمي گردد که آقاي Onishi يک رفتار احتراقي شبيه موتورهاي SI و CI ارائه نمود؛ اين موتور که يک موتور بنزيني دو زمانه با خاصيت کارکرد در شريط مخلوط سوخت و هوي رقيق بود، Active Thermo Atmosphere Combustion (ATAC) ناميد.عکسبرداريهي با سرعت بالا نشان داد که در احتراق ATAC چند نقطه اشتعال خود بخودي بدون انتشار شعله، به وقوع مي پيوندد. در همان سال آقاي Naguchi يک احتراق خودبخودي را در موتورهاي بنزيني دو زمانه مطرح نمود که فرايند احتراق آن به نام Toyota_Soken Combustion (TS) معروف گشت. در اين احتراق نيز نقاط زيادي در مرکز محفظه احتراق شروع به اشتعال خودبخودي مي نمود و سپس يک انتشار سريع شعله در پي آن صورت مي گرفت. در سال 1994 اين مدلها پيشرفت زيادي نمود و تحقيقات در مورد آن در بازه هاي مختلف کارکردي انجام پذيرفت و به نام HCCI شهرت يافت.

 

اساس کارکرد موتورهاي HCCI

 

اين موتورها مکانيزمي شبيه به موتورهاي بنزيني (SI) دارند يعني سوخت و هوا با هم مخلوط شده و به داخل سيلندر وارد مي شوند ولي در اين سيستم ديگر بري شروع احتراق از سيستم جرقه استفاده نمي گردد، مخلوط هوا و سوخت متراکم مي گردد تا پيش واکنشها با بالا رفتن دماي مخلوط، انرژي اوليه جهت احتراق را فراهم نمايند و مخلوط محترق گردد؛ بطور ساده مي توان گفت که اين سيستم آميزه ي از موتورهاي بنزيني و ديزلي مي باشد و از مزيي هر دو آنها برخوردار است. اين موتورها مانند موتورهاي ديزل از مزيت نسبت تراکم بالا استفاده مي کنند که به همين دليل داري بازده بالاي هستند و همچنين مانند موتورهاي بنزيني NOx پاييني دارند. علت پايين بودن NOx به خاطر اين است که مخلوط خيلي رقيق بوده و دماي کل فرايند احتراق پايين ميا يد.از مزاياي ديگر اين سيستم ها عدم وجود تراتل است که خود موجب حذف افت توان ناشي از تراتل مي گردد و طول زمان احتراق کوتاه مي باشد که باعث افزيش توان مي گردد.

 

از مشکلات موجود در راه توسعه اين موتورها مي توان به موارد زير اشاره نمود:

1- استارت يا روشن شدن بد موتور: از آنجاييکه اين موتورها رقيق سوز مي باشند روشن شدن آنها عموماً به سختي صورت مي پذيرد.

 

2- کنترل نامناسب روي فرايند احتراق: از آنجاييکه شروع احتراق در اين موتورها بدون حضور شمع و بصورت خود بخودي صورت مي پذيرد، همچنين نسبت استوکيومتريک در اين موتورها کمتر 0.5 بوده و باعث فرايند misfiring (خفگي احتراق) مي شود، کنترل اين موتور را امري مشکل مي سازد.

 

شايان ذکر است که نسبت استوکيومتريک عبارت است از نسبت سوخت به هواي واقعي به نسبت سوخت به هواي تئوري که براي موتورهاي بنزيني در حدود 1 مي باشد.

 

در زمينه اين موتورها تحقيقات فراواني در نقاط مختلف دنيا صورت مي گيرد که عمده آنها در ژاپن متمرکز است و جدول زير خلاصه اين

 

فعاليتها را بصورت آماري نشان مي دهد: