En la búsqueda de una mejora constante en la eficiencia del combustible y la reducción de emisiones, una idea antigua y muy prometedora ha encontrado nueva vida. La tecnología HCCI ( encendido por compresión de carga homogénea ) existe desde hace mucho tiempo, pero recientemente ha recibido una atención y un entusiasmo renovados. Si bien los primeros años vieron muchos obstáculos insuperables (en ese momento) cuyas respuestas solo llegarían a medida que se desarrollaran y maduraran sofisticados dispositivos electrónicos controlados por computadora para convertirse en tecnologías confiables, el progreso se estancó. El tiempo, como siempre, ha hecho su magia y casi todos los problemas han sido resueltos. HCCI es una idea cuyo momento ha llegado con casi todas las piezas y piezas de tecnología y conocimientos en su lugar para hacerla realidad.
¿Qué es HCCI?
Un motor HCCI es una combinación de encendido por chispa convencional y encendido por compresión diesel .tecnología. La combinación de estos dos diseños ofrece una alta eficiencia similar a la del diésel sin la dificultad (y costosa) de lidiar con 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 completa) con aire en la cámara de combustión (muy similar a un motor de gasolina normal de encendido por chispa), 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) por el calor de la compresión, como 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 del 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 del plenum 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 aire y combustible se queme espontáneamente (no se necesita chispa) y empujar el pistón hacia abajo para la carrera de potencia. A diferencia de los motores de chispa convencionales (e incluso los diésel), el proceso de combustión es una liberación de energía sin llama, pobre y a baja temperatura en toda la cámara de combustión. Toda la mezcla de combustible se quema simultáneamente produciendo energía equivalente, pero usando mucho menos combustible y liberando muchas menos emisiones en el proceso.
Al final de la carrera de potencia, el pistón vuelve a invertir la dirección 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 latente de la combustión. 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 de combustión y las emisiones) antes de que comience la siguiente carrera de admisión.
Desafíos para HCCI
Un problema de desarrollo continuo con los motores HCCI es el control del 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 la entrega 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 muy estrechos y que cambian rápidamente que incluyen parámetros como la presión del cilindro, la carga del motor y las RPM y la posición del acelerador, temperaturas extremas del aire ambiente y cambios de presión atmosférica. La mayoría de estas condiciones se compensan con sensores y ajustes automáticos a acciones normalmente fijas. Se incluyen sensores de presión de cilindro individuales, Elevación de válvula hidráulica variable y sincronizadores electromecánicos para la sincronización del árbol de levas. El truco no es tanto hacer que estos sistemas funcionen, sino hacer que funcionen juntos, muy rápidamente y durante miles de millas y años de uso y desgaste.Quizás igual de desafiante será el problema de mantener asequibles estos sistemas de control avanzados.
Ventajas de HCCI
- La combustión pobre genera 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 menores 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 de bombeo por fricción que se producen en los motores de chispa tradicionales ( cuerpo del acelerador ).
Desventajas de HCCI
- Las presiones elevadas de los cilindros requieren una construcción del motor más resistente (y más cara).
- 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 y un control de emisiones superiores en comparación con el motor de gasolina convencional de encendido por chispa probado y verdadero . Lo que aún no es tan seguro es la capacidad de estos motores para ofrecer estas características de manera económica y, probablemente lo más importante, de manera confiable durante la vida útil del vehículo. Los continuos avances en los controles electrónicos han llevado a HCCI al precipicio de la realidad viable, y serán necesarios más refinamientos para llevarlo al límite en los vehículos de producción cotidianos.