HCCI, “termenul” de la care se aşteaptã sã revolutioneze industria automotive. HCCI, în mai multe cuvinte înseamnã Homogeneous Charge Compression Ignition (Aprindere Omogenã cu Încãrcare prin Compresie), tehnologie cu care Bosch încercã sã aducã împreunã avantajele motoarelor pe benzinã cât şi a celor pe motorinã într-un singur propulsor: emisii şi consum scãzut.
Toatã lumea este de acord cã emisiile de gaze poluante şi de CO2 ale autovehiculelor trebuie reduse în viitorul apropiat. Practic, aceste obiective intrã în conflict unul cu celãlalt. Dacã unul este redus atunci inevitabil celãlalt creşte. O datã cu intrarea în vigoare a normelor Euro 5 în 2010, acest conflict nu mai poate fi rezolvat prin simpla creştere a proporţiei de motoare diesel în circulaţie. De fapt, sisteme sofisticate de purificare/tratare a gazelor pot avea ca rezultat emisii crescute de CO2 şi consumuri de combustibil de asemenea mai mari. Principala grijã pânã la intrarea în vigoare a normelor Euro 5 ar trebui sã fie sã menţinã valorile CO2 obţinute deja la motoarele diesel şi sã se exploateze la maxim tehnicile de combustie internã. Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) creşte eficienţa astfel micşorând emisiile de CO2 şi de combustibil la motoarele pe benzinã. Pe de altã parte, în cazul motoarelor diesel, reduce emisiile brute. Acest nou procedeu de combustie face posibilã încadrarea în limitele impuse de Euro 5, chiar şi fãrã sisteme sofisticate de tratare a gazelor, însã numai atunci când motorul este în sarcinã parţial.
Consumul şi emisiile unui motor sunt influenţate direct de procedeul de combustie. Un combustibil ce arde incomplet este evident utilizat necorespunzãtor, şi hidrocarburi nearse sunt evacuate ca poluanţi. În injecţia directã a benzinei sau a motorinei, combustibilul este atomizat foarte fin pentru a se asigura o combustie totalã şi cât mai uniformã. Aceasta ar fi o parte a problemei. Cealaltã ar fi natura combustiei, care de asemenea influenţeazã emisiile de poluanţi. Dacã jetul de combustibil arde ca o flacãrã, oxizi de nitrogen sunt formaţi în zonele periferice mai fierbinţi ale flãcãrii în timp ce funinginea este formatã în pãrţile cu temperaturã mai scãzutã ale flãcãrii. Aceastã combustie neomogenã este cauza problemelor. Astfel, cercetãtorii de la Bosch cautã metode de a face combustia cât mai omogenã cu putinţã. O metodã posibile ar fi: sistemul de injecţie injecteazã o dozã calculatã de combustibil în cilindru. Ulterior, combustibilul şi aerul au timp sã se amestece în camera de combustie, formând un amestec aproape uniform. Apoi, pistonul comprimã acest amestec, fãcând ca temperatura şi presiunea sã creascã pânã în momentul aprinderii, aprindere ce este aproape uniformã – fãrã flacãrã, oxizi de nitrogen sau funingine. Aceasta este teoria. Partea dificilã este punerea ei în practicã. Sistemul total, injectoare, motor şi management al motorului incluse este extrem de complex. De aceea oamenii de ştiinţã de la Bosch trebuie sã regleze fin toate variabilele pentru a optimiza atât consumul de combustibil cât şi emisiile. Pentru acest lucru se folosesc atât de experimente cât şi de simulãri pentru a crea o camerã de combustie a cãrei geometrie sã optimizeze procesul de omogenizare şi combustie. De asemenea se mai “cautã” timpul perfect de injecţie în timpul unui ciclu al cilindrului.
Un alt factor ce poate îmbunãtãţi rata combustiei şi care poate reduce emisiile este managementul aerului, şi anume volumul de aer proaspãt, rece de la admisie amestecat cu gaze fierbinţi.
Cercetãtorii sperã ca aceastã metodã de abordare sã dea rezultate ce se vor încadra în normele Euro 5 fãrã a fi nevoie de acele sisteme scumpe de tratare a gazelor, cum ar fi convertorul catalitic. Pânã la urmã, cu cât mai complex tratamentul gazelor, cu atât e mai mare riscul de creştere a consumului.
Controlarea Nivelului de Emisii
Combustia în motoarele în uz astãzi presupune flacãrã: În momentul aprinderii mixturii aer-combustibil, atât la motoarele pe benzinã cât şi pe motorinã, o flacãrã se extinde rapid în camera de combustie. Din pãcate, aceastã combustie neuniformã produce un nivel ridicat de gaze de eşapament care trebuiesc purificate. Cercetãtorii Bosch vor sã foloseascã tehnologia HCCI pentru a înlocui aceastã metodã risipitoare ce combustie.
Procesul de combustie ar trebui sã se producã cât mai uniform cu putinţã, în toatã camera de ardere. În motoarele “viitorului”, combustia nu va crea o flacãrã vizibilã, şi va avea loc simultan în toatã camera de combustie. Ca rezultat, emisiile de funingine şi oxizi de nitrogen vor fi reduse. Principiu este analog cu cel al flãcãrii albastre a gazului, care arde emanând mai puţine emisii decât flacãrã de la o lumânare, de exemplu. Cercetãtorii Bosch vor sã abordeze aceastã idee din douã direcţii, atât pentru benzinã cât şi pentru motorinã. În cazul ambelor motoare, este important sã se optimizeze sistemul ca întreg.
Pânã în prezent, starea de funcţionare, atât a motoarelor pe benzinã cât şi a celor diesel, a fost şi este mapata printr-un numãr mare de curbe caracteristice. Dacã este accelerat, sistemul de management al motorului scaneazã aceste diagrame şi tabele, şi regleazã aprinderea, volumul de aer admis şi cantitatea de combustibil injectat pentru a satisface nivelul de performanţe cerut. Metoda HCCI merge un pas înainte: Motorul se autoregleazã şi autoregleazã emisiile prin senzorii de presiune din camera de combustie. Asemenea control este necesar deoarece combustia omogenã pur şi simplu nu poate fi reglatã la nivelul corespunzãtor, din moment ce ciclurile combustiei HCCI diferã statistic unul faţã de celãlalt. Cu un asemenea senzor în camera de combustie, de exemplu pe bujia incandescentã, pot fi mãsurate în timp real condiţiile de operare. Semnalul de presiune din cilindru s-a dovedit a fi cea mai fiabilã soluţie în acest scop. Presiunea mãsuratã în camera de combustie este folositã pentru a controla admisia de aer. Mixtura corectã de aer proaspãt şi gaze recirculate este de o importanţã majorã. Aceastã abordare a problemei scade temperatura de combustie şi astfel previne formarea oxizilor. Dar pentru a optimiza consumul de combustibil, temperatura finalã a compresiei trebuie sã fie ridicatã. Mai mult, în afarã de senzorul de presiune, şi senzorul de temperaturã sau senzorul de detonaţie pot contribui la reglarea motorului pe fiecare ciclu. La motoarele pe benzinã în special este esenţial sã se previnã tendinţa de bãtaie necontrolatã ce poate avea repercursiuni. În principiu, metoda HCCI poate fi utilizatã la regimuri de turaţie moderatã şi în condiţii de încãrcare parţialã, datoritã timpului restrâns – între 50 şi 120 milisecunde pe ciclu – de obţinere a mixturii omogene. O datã cu creşterea în turaţii a motorului, timpul de obţinere a mixturii scade pânã când omogenizarea nu mai este posibilã. Din moment ce emisiile depind de tipul de funcţionare al vehiculului, scopul HCCI este de a acoperi cât mai multe din aceste tipuri de funcţionare. Dacã şoferul alege ca maşina sã funcţioneze în afara ciclului/tipului ideal – de exemplu accelerând rapid într-o treaptã inferioarã – motorul HCCI revine la modul convenţional de operare. Din acest motiv, viitoarele motoare vor fi capabile sã funcţioneze cu ambele metode de operare: HCCI la sarcini mici şi intermediare, şi combustie convenţionalã la sarcinã maximã.
Cercetãtorii Bosch fac tot posibilul sã maximizeze acest interval de sarcini în care metoda HCCI poate fi folositã. Dezvoltarea acestui design este încã în progres. Designul presupune schimbarea compoziţiei, dinamicii, timpului de injecţie şi al strategiei de supraalimentare, schimbarea geometriei camerei de ardere şi controlul activ al combustiei. Un exemplu în controlarea dinamicii este sistemul electrohidraulic de valve (EHVS) care permite operarea HCCI, dar în acelaşi timp îmbunãtãţeşte performanţele modului convenţional de operare. Prototipuri sunt deja testate, dar sunt încã numeroase probleme tehnice ce trebuie rezolvate înainte de a putea fi scos pe piaţã.
Bosch se aşteaptã cã designul motorului cât şi managementul acestuia sã reducã emisiile suficient de mult astfel încât sistemele adiţionale de tratare a gazelor sã fie foarte economice, printre alte beneficii. Din moment ce filtrele de particule reprezintã echipament standard pe motoarele diesel, metoda de combustie, de exemplu, poate fi reglatã astfel încât sã minimizeze emisiile de oxizi de nitrogen.
Continuarea in nr. 7-8 al revistei AutoTehnica
funcţioneazã la aproximativ 1000 rot/min iar contactele sunt închise pentru 16.3 milisecunde. Ca rezultat, voltajul indus este de 286.3 volţi. O datã cu creştere în turaţii a motorului pânã la 3000 rot/min, timpul disponibil bobinei de a ajunge la saturaţie va fi redus. Fig 1.3 aratã cã timpul disponibil pentru a încãrca bobina a fost redus la 5.6 milisecunde. Ca rezultat, voltajul indus a fost şi el redus la 275.4 volţi, deci şi voltajul din circuitul secundar va fi mai mic.
