Encendido de compresión de carga homogénea de HCCI

En la búsqueda de la eficiencia del combustible y la reducción de emisiones en constante mejora, una idea antigua y muy prometedora ha encontrado una nueva vida. La tecnología HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) ha existido durante mucho tiempo, pero recientemente ha recibido renovada atención y entusiasmo. Si bien los primeros años vieron muchos obstáculos insuperables (en ese momento) cuyas respuestas solo llegarían a medida que se desarrollaran sofisticados dispositivos electrónicos controlados por computadora y maduraran en tecnologías confiables, el progreso se detuvo. El tiempo, como siempre, ha trabajado su magia y casi todos los problemas han sido resueltos. HCCI es una idea cuyo momento ha llegado con casi todas las partes y piezas de tecnología y know-how en su lugar para hacer realidad todo..

¿Qué es la HCCI??

Un motor HCCI es una mezcla de tecnología convencional de encendido por chispa y encendido por compresión diesel. La combinación de estos dos diseños ofrece una alta eficiencia similar al diésel sin el difícil y costoso de manejar las emisiones de NOx y partículas. En su forma más básica, simplemente significa que el combustible (gasolina o E85) se mezcla de manera homogénea (completa y completamente) con aire en la cámara de combustión (muy similar a un motor de gasolina de encendido por chispa normal), pero con una proporción muy alta de aire a combustible (mezcla pobre). A medida que el pistón del motor alcanza su punto más alto (punto muerto superior) en la carrera de compresión, la mezcla de aire / combustible se enciende automáticamente (se quema de manera espontánea y completa sin asistencia de bujía) del calor de compresión, al igual que un motor diesel. El resultado es lo mejor de ambos mundos: bajo consumo de combustible y bajas emisiones..

¿Cómo funciona HCCI??

En un motor HCCI (que se basa en el ciclo Otto de cuatro tiempos), el control de suministro de combustible es de suma importancia para controlar el proceso de combustión. En la carrera de admisión, el combustible se inyecta en la cámara de combustión de cada cilindro a través de inyectores de combustible montados directamente en la culata. Esto se logra independientemente de la inducción de aire que tiene lugar a través de la cámara de admisión. Al final de la carrera de admisión, el combustible y el aire se han introducido y mezclado completamente en la cámara de combustión del cilindro..

A medida que el pistón comienza a moverse hacia arriba durante la carrera de compresión, el calor comienza a acumularse en la cámara de combustión. Cuando el pistón llega al final de esta carrera, se ha acumulado suficiente calor para hacer que la mezcla de combustible / aire se queme espontáneamente (no se necesita chispa) y forzar el pistón hacia abajo para la carrera de potencia. A diferencia de los motores de chispa convencionales (e incluso los motores diesel), el proceso de combustión es una liberación de energía magra, a baja temperatura y sin llama a través de toda la cámara de combustión. Toda la mezcla de combustible se quema simultáneamente produciendo una potencia equivalente, pero usando mucho menos combustible y liberando muchas menos emisiones en el proceso..

Al final de la carrera de potencia, el pistón invierte la dirección nuevamente e inicia la carrera de escape, pero antes de que se puedan evacuar todos los gases de escape, las válvulas de escape se cierran temprano, atrapando parte del calor de combustión latente. Este calor se conserva y se inyecta una pequeña cantidad de combustible en la cámara de combustión para una precarga (para ayudar a controlar las temperaturas y emisiones de la combustión) antes de que comience la próxima carrera de admisión.

Desafíos para HCCI

Un problema de desarrollo continuo con los motores HCCI es controlar el proceso de combustión. En los motores de chispa tradicionales, el tiempo de combustión se ajusta fácilmente mediante el módulo de control de gestión del motor que cambia el evento de chispa y quizás el suministro de combustible. No es tan fácil con la combustión sin llama de HCCI. La temperatura de la cámara de combustión y la composición de la mezcla deben controlarse estrictamente dentro de umbrales cambiantes y muy estrechos que incluyen parámetros como la presión del cilindro, la carga del motor y las RPM y la posición del acelerador, los extremos de la temperatura del aire ambiente y los cambios de presión atmosférica. La mayoría de estas condiciones se compensan con sensores y ajustes automáticos para acciones normalmente fijas. Se incluyen sensores de presión de cilindro individuales, elevación variable de la válvula hidráulica y sincronizadores electromecánicos para la sincronización del árbol de levas. El truco no consiste tanto en hacer que estos sistemas funcionen como en hacer que trabajen juntos, muy rápidamente y durante miles de millas y años de desgaste. Quizás igual de desafiante será el problema de mantener estos sistemas de control avanzados a un precio asequible..

Ventajas de HCCI

• La combustión pobre ofrece un aumento del 15 por ciento en la eficiencia del combustible en comparación con un motor de encendido por chispa convencional.
• Combustión más limpia y menos emisiones (especialmente NOx) que un motor de encendido por chispa convencional.
• Compatible con gasolina y combustible E85 (etanol).
• El combustible se quema más rápido y a temperaturas más bajas, lo que reduce la pérdida de energía térmica en comparación con un motor de chispa convencional..
• El sistema de inducción sin acelerador elimina las pérdidas por bombeo por fricción en los motores de chispa tradicionales (cuerpo del acelerador).

Desventajas de HCCI

• Las altas presiones del cilindro requieren una construcción del motor más fuerte (y más costosa).
• Rango de potencia más limitado que un motor de chispa convencional..
• Las muchas fases de las características de combustión son difíciles (y más caras) de controlar..

Está claro que la tecnología HCCI ofrece una eficiencia de combustible superior y control de emisiones en comparación con el motor de gasolina de encendido por chispa probado y verdadero convencional. Lo que no es tan seguro todavía es la capacidad de estos motores para ofrecer estas características de forma económica y, probablemente, lo más importante, confiable durante la vida útil del vehículo. Los continuos avances en los controles electrónicos han llevado a HCCI al precipicio de la realidad factible, y serán necesarios más refinamientos para llevarlo al límite en los vehículos de producción cotidianos..