احتراق HCCI چیست ؟

همانطور که می دانید دو موتور احتراق داخلی به شکل مرسوم وجود دارد ، که یکی موتور اشتعال تراکمی یا همان موتور دیزل و دیگری موتور اشتعال جرقه ای یا همان موتور بنزینی می باشد.

تفاوت عمده این دو موتور این است که در موتورهای اشتعال تراکمی همانطور که از نامشان مشخص است اشتعال در اثر فشار بالا و در نتیجه افزایش دما با استفاده از قابلیت اشتعال خود بخودی مخلوط سوخت و هوا صورت می گیرد در حالی که در موتورهای اشتعال جرقه ای احتراق ، توسط عامل خارجی یا همان جرقه شمع ایجاد می شود.

همچنین در موتورهای اشتعال تراکمی در مرحله تراکم ، تنها هوا متراکم می شود و در انتهای نقطه مرگ بالا سوخت درون سیلندر تزریق می شود و در نتیجه به دلیل زمان کم بین پاشش سوخت و شروع احتراق مخلوط همگن سوخت و هوا بوجود نمی آید در حالی که در موتورهای اشتعال جرقه ای چون سوخت زودتر با هوا مخلوط می شود در نتیجه زمان کافی برای ایجاد مخلوط همگن سوخت و هوا وجود دارد. ( در موتورهای انژکتوری اشتعال جرقه ای ، سوخت در مرحله مکش یا شروع تراکم درون سیلندر تزریق می شود, و در موتورهای کاربراتوری سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر با یکدیگر مخلوط می شوند و در نتیجه در دو حالت مخلوط همگن سوخت و هوا داریم ).

موتور HCCI در حقیقت ترکیب موتورهای اشتعال تراکمی و اشتعال جرقه ای می باشند. به این صورت که مانند موتورهای دیزلی اشتعال به صورت خودبخودی بوده و مانند موتورهای بنزینی مخلوط سوخت و هوا همگن میباشد.

در این موتورها سوخت با توجه به نوع پاشش در مرحله مکش یا تراکم درون سیلندر تزریق می شود و در انتهای مرحله تراکم با توجه به فشار و دمای بالا احتراق صورت می پذیرد. چون در این موتورها مخلوط همگن در اثر افزایش فشار و در نتیجه افزایش دما مشتعل می شود به آن موتور اشتعال تراکمی همگن می گویند.

احتراق HCCI هیدرو کربن نسوخته ای باقی نمی گذارد و در نتیجه عملکرد بالایی دارد . بازدهی بالا و آلایندههای تولیدی کم از مزیت های این نوع موتور می باشد .

یکی از مشخصات اصلی احتراق HCCI شکل نمودار آزاد سازی گرما در این نوع احتراق می باشد. همانطور که در شکل مشاهده می شود نمودار آزاد سازی گرما در این احتراق شامل دو پیک میباشد.

پیک اول نشان دهنده واکنش دما پایین ( LTR ) می باشد که قبل از احتراق اصلی شکل می گیرد که به دلیل همگن بودن مخلوط سوخت و هوا احتراق ایجاد شده ولی چون هنوز دما به اندازه کافی بالا نیست زود تمام میشود و خود این احتراق سریع باعث افزایش دما و آماده شدن شرایط برای احتراق اصلی می شود.

پیک دوم نشان دهنده واکنش دما بالا ( HTR ) یا همان احتراق اصلی می باشد که در اثر فشار و دمای بالای مخلوط و مهیا بودن شرایط احتراق اصلی صورت می پذیرد.

مزایا و معایب این احتراق

مهمترین دلیلی که باعث شد محققان به سمت تولید موتوری با احتراق HCCI کشیده شوند ، آلاینده ها و انتشارات حاصل از احتراق در موتورهای بنزینی و دیزلی بود. در موتورهای بنزینی و دیزلی به دلیل ماهیت احتراق آنها سطوح داغ و دمای بالا داریم. در موتورهای اشتعال جرقه ای چون احتراق در اثر جرقه شمع حاصل می شود ، شعله حاصل به صورت دیواره ای داغ شروع به حرکت می کند و دما نیز در این موتورها بالای 2000 درجه کلوین است. ( از دمای 2000 درجه کلوین تولید NOx به شدت افزایش می یابد ). بنابراین میزان آلاینده NOx در این موتورها بالا است.

همچنین در موتورهای دیزلی چون پاشش سوخت در انتهای مرحله تراکم صورت می پذیرد ، بنابراین چند درجه پس از شروع پاشش سوخت احتراق آغاز می شود و به دلیل همگن نبودن مخلوط سوخت و هوا ، دما در اطراف انژکتور که غلظت سوخت زیاد است افزایش می یابد. که به همین علت نیز تولید NOx و SOOT در این موتورها بالاست .

همچنین یکی از دلایلی که باعث شروع تحقیق برای تولید موتور HCCI شد این بود که در موتورهای بنزینی وجود مخلوط همگن سوخت و هوا یک مزیت به حساب می آمد ولی احتراق توسط عامل خارجی ( جرقه شمع ) باعث ایجاد دمای بالای احتراق و همچنین شروع و گسترش احتراق از شمع به بقیه نقاط سیلندر می شد که مطلوب نبود.

همچنین در موتورهای دیزلی ، اشتعال در اثر فشار و دمای بالا مطلوب است ، اما به دلیل همگن نبودن مخلوط سوخت و هوا ، احتراق در تمام سیلندر به طور یکسان صورت نمی پذیرد و شروع احتراق از مناطقی است که غلظت بیشتری وجود دارد .

به همین دلیل محققان آزمایشات خود را بر روی موتوری آغاز کردند که مخلوط سوخت و هوا در آن همگن باشد و احتراق نیز به صورت خودبخودی در اثر فشار و دمای بالا صورت پذیرد. همانگونه که در شکل بالا مشاهده میشود در موتور HCCI به دلیل همگن بودن مخلوط سوخت و هوا و اشتعال خودبخودی مخلوط احتراق در تمام نقاط سیلندر به طور یکسان شروع می شود و هیدروکربن نسوخته ای باقی نمی ماند و به دلیل پایین بودن دمای احتراق ( کمتر از 2000 درجه کلوین ) میزان NOx تولید شده نیز بسیار پایین میباشد.

مهمترين عيب احتراق HCCI كه باعث شده است اين موتور پس از حدود 25 سال از بوجود آمدنش، هنوز بصورت آزمايشگاهي باقي بماند، عدم حصول نتايج خوب در مورد كاهش آلاينده هاي حاصل از اين احتراق، در نسبت هاي اكيووالانسي غني مي باشد.

احتراق HCCI چیست ؟

مطالب مشابه :

کتاب مبانی موتورهای احتراق داخلی

دانلود کتاب اصول مهندسی موتور احتراق داخلی Internal Combustion Engine

جزوه موتور های احتراق داخلی (زبان اصلی)

محفظه احتراق موتور

خودروهای هیبریدی

دانلود کتاب و حل المسائل طراحی اجزای مکانیکی شیگلی ویرایش 9

احتراق HCCI چیست ؟