Vznětový motor s homogenním naplněním spalovacího prostoru

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Vznětový motor s homogenním naplněním spalovacího prostoru (Homogeneous Charge Compression Ignition - HCCI) umožňuje dosažení nižší spotřeby ve srovnání se zážehovým motorem. Z ekologického hlediska má ve srovnání s běžnými vznětovými motory nižší emise.

Zážehové motory využívají k omezení výkonu bez výjimky škrcení v sání. Výsledkem je faktické snížení kompresního poměru a enormní pokles termodynamické účinnosti motoru. Naproti tomu moderní dieselové motory nejsou omezovány žádnou klapkou, ale množstvím vstřikovaného paliva. Na rozdíl od zážehových motorů jsou teoreticky úspornější i při částečném zatížení, ovšem za cenu enormní tvorby oxidů dusíku což je dáno vlastnostmi spalování extrémně chudé směsi. Tento negativní vliv je sice poněkud potlačován systémem EGR, který však zvyšuje spotřebu a není všespasitelný, do budoucna spíš předpokládám rozšíření systému SCR. Při vysokém zatížení naopak dieselové motory produkují ohromné množství pevných částic - sazí, které jsou minimálně stejně nebezpečné jako NOx a oproti není je až tak úplně snadné odloučit filtry pevných částic. Obecně se tak dá říct že největším problémem zážehových motorů je jejich vysoká spotřeba a následná tvorba CO2 mající vliv na skleníkový efekt, zatímco dieselové motory produkují velké množství chemicky a mechanicky nebezpečných látek, které navíc svou tmavou barvou také podporují ohřívání planety.

Nejprve podrobněji o základních nedostatcích klasických čtyřtaktních zážehových (SI - spark ignition) a vznětových (CI - compression ignition) motorech s vratným pohybem pístu týkajících se výhradně jejich spalování. Při zážehu předpřipravené relativně homogenní směsi u zážehového motoru dojde nejprve k jejímu vzplanutí v bezprostřední blízkosti zapalovací svíčky, načež se hoření šíří spalovacím prostorem v soustředných kulových plochách, jejichž šíření vyvolává rázovou vlnu a na jejíž čelní stěně je velmi vysoká teplota, která je zodpovědná za vznik oxidů dusíku. Limitovaná rychlost hoření je též zodpovědná za únik nespálených uhlovodíků, se kterými si však běžný katalyzátor bez problémů poradí. Nevýhoda je, že SI motor má relativně nízkou tepelnou účinnost vlivem nízkého kompresního poměru, který je nutný k vyloučení detonačního spalování lehkého paliva (benzín/plyn) a tudíž relativně vysokou spotřebu.

Jistým řešením je technologie HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) nebo též CAI (Controlled Auto Ignition). Tyto motory mohou být dvojího druhu - buď mohou spalovat palivo používané pro stávající zážehové (benzín) nebo vznětové motory (naftu). Koncepčně jsou to pístové spalovací motory s vratným pohybem pístu využívající homogenní, avšak nikoli nutně stechiometrickou směs vytvořenou buď v sacím kanálku nad ventilem nebo přímo ve spalovacím prostoru. Zásadní předpoklad je ten, že vzplanutí směsi nastane nikoliv v jednom bodě, ale simultánně v celém objemu spalovacího prostoru v blízkosti tzv. horkých bodů. Teorie vychází z předpokladu, že připravená směs není zcela homogenní a že se v ní vyskytují jisté fluktuace, které přispějí k zážehu. Ten je pak určen jak samotnými schopnostmi paliva vytvořit v jednotlivých koncentracích se vzduchem samozápalnou směs tak chemickými procesy na molekulární úrovni. V současné době jsou teprve vyvíjeny ovládací mechanismy které by těmto motorům umožnily hladší chod v širším spektru zatížení a otáček. Nicméně již dnes je možné konstatovat dvě hlavní věci. Jednak se HCCI motory příliš nehodí pro plné zatížení motoru, budou tedy muset být kombinovány s jiným systémem spalování, na které motory plynule přejdou při požadavku plného výkonu - možná že to bude spalování pomocí zapalovací svíčky, neboť při plném zatížení mají zážehové turbomotory při srovnatelném objemu srovnatelnou účinnost a vyšší výkon než motory vznětové při podstatně nižších emisích. Na druhou stranu ovšem lze také říci, že HCCI motory nabízejí stejnou účinnost spalování jako dieselové motory, velmi nízké emise NOx a pevných částic, o 20-25% nižší spotřebu než zážehové motory. Další charakteristiky jsou následující: motory jsou samozápalné - kompresí ve válci, zážeh a hoření je určeno chemickými procesy, směs není zcela homogenní.

Kdo tedy chce spotřebu dieselu u benzínového motoru a emise bez spousty oxidů dusíku a pevných částic, ať si počká na konec roku 2006, kdy se sériovou výrobou vznětových motoru s homogenním naplněním spalovacího prostoru přijdou japonské automobilky.