Vznětový motor s homogenním naplněním spalovacího prostoru

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Vznětový motor s homogenní náplní spalovacího prostoru (Homogeneous Charge Compression Ignition - HCCI) je spalovací motor kombinující vlastnosti zážehových a vznětových motorů. Motor HCCI vzněcuje homogenní náplň kompresí.

Funkce[editovat | editovat zdroj]

Zážehové motory homogenní náplň (HC - homogeneous charge) zapálí jiskrou. Vznětové motory stratifikovanou náplň vznítí kompresí (CI - compression ignition). Do zážehových motorů se dostane palivo během sacího zdvihu. Stejně tak u HCCI motorů, ale namísto elektrického výboje zapalujícího směs, zvyšuje HCCI motor kompresí její hustotu a teplotu, až se veškerá náplň v podstatě zároveň vznítí. Narozdíl od zážehového motoru, kde extrémní komprese vede ke klepání, čili detonaci směsi, ke které nedosáhl plamen šířící se od svíčky, v HCCI motoru se všechna náplň vznítí současně bez tlakových kmitů. Ve vznětových motorech nastane hoření po vstřiku paliva před horní úvratí pístu, jeho postupném odpaření a vznícení. Vysoká komprese vede obvykle i k růstu teploty hoření. V HCCI motoru se vznítí veškerá náplň v podstatě naráz, nedojde tak k ohřátí neshořelé směsi právě shořelou, a tím ani nárůstu vrcholné teploty hoření, spíše naopak.

Nedostatky klasických motorů[editovat | editovat zdroj]

Předpřipravená relativně homogenní směs u zážehového motoru (SI - spark ignition) nejprve vzplane v bezprostřední blízkosti zapalovací svíčky, načež se hoření šíří spalovacím prostorem v soustředných kulových plochách, jejichž šíření vyvolává rázovou vlnu 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. Zážehové motory navíc využívají k omezení výkonu bez výjimky škrcení v sání. Výsledkem je další faktické snížení kompresního poměru a enormní pokles termodynamické účinnosti motoru.

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 všeřešící, do budoucna se spíš předpokládá rozšíření systému SCR. Při vysokém zatížení naopak dieselové motory produkují ohromné množství pevných částic - sazí, které jsou minimálně stejně nebezpečné jako NOx a není je až tak úplně snadné odloučit (filtry pevných částic).

Výhody HCCI[editovat | editovat zdroj]

Motory HCCI nejsou také omezovány žádnou škrtící klapkou. Díky nižší teplotě hoření dosahují lepšího složení emisí. Spalují palivo používané pro stávající zážehové (benzín) nebo vznětové motory (naftu). Využívající homogenní, avšak nikoli nutně stechiometrickou směs vytvořenou buď v sacím kanálku nad ventilem nebo přímo ve spalovacím prostoru. Vzplanutí směsi nastane nikoliv v jednom bodě, ale simultánně v celém objemu spalovacího prostoru v blízkosti tzv. horkých bodů. Předpokládá se, že připravená směs není zcela homogenní a vyskytují se v ní jisté fluktuace, které přispějí k zážehu. Ten je určen jak samotnými schopnostmi paliva vytvořit v jednotlivých koncentracích se vzduchem samozápalnou směs, tak chemickými procesy na molekulární úrovni. Teprve jsou vyvíjeny ovládací mechanismy, které by těmto motorům umožnily hladší chod v širším spektru zatížení a otáček. Nicméně se spalování HCCI motorů příliš nehodí pro plné zatížení, budou tedy asi kombinovány s jiným systémem spalování, na které plynule přejdou při požadavku plného výkonu - možná na spalování s využitím zapalovací svíčky, neboť při plném zatížení mají zážehové turbomotory při srovnatelném objemu srovnatelnou účinnost a vyšší výkon než motory vznětové při podstatně nižších emisích. Motory HCCI ovšem při částečném zatížení nabízejí stejnou účinnost spalování jako dieselové motory, velmi nízké emise NOx a pevných částic, o 20-25% nižší spotřebu než zážehové motory.

Použití[editovat | editovat zdroj]

Motor HCCI existuje pouze v prototypech, ačkoliv byl představen některými automobilkami v koncepčních modelech (General Motors[1], Mercedes-Benz[2]), zatím není používán v žádném sériově vyráběném voze. Jeho uvedení anoncuje automobilka Mazda, která je unikátní v řešení motorů oproti konkurenci[3]. Vzhledem k její nekonvenčnosti (historicky třeba produkcí wankelových motorů) a oznámení kompresního poměru připravovaných motorů 18:1[4], však může jít o motor, který bude po zahřátí v nižších otáčkách a nižší zátěži spalovat naftu, jinak vstřikovaný benzín. Ve vyšších otáčkách totiž nehrozí tolik riziko detonačního spalování, neboť palivová směs nepřijde do styku se spalovacím prostorem tak dlouho.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. GM představil prototyp Opelu Vectra se zážehovým motorem 2,2 ECOTEC HCCI [online]. [cit. 2017-09-10]. Dostupné online.  
  2. Mercedes-Benz F700 – ultramoderna ze Stuttgartu [online]. [cit. 2017-09-10]. Dostupné online.  
  3. Mazda Skyactiv-G: Extrémní kompresní poměr namísto downsizingu [online]. [cit. 2017-09-10]. Dostupné online.  
  4. Mazda chce zvýšit kompresní poměr benzinových motorů na 18:1 [online]. [cit. 2017-09-10]. Dostupné online.  

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]