موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

اشتعال تراکمی سوخت همگن (HCCI) به موتورهای درونسوزی گفته می‌شود که در آن‌ها مخلوط کاملاً آمیخته سوخت و اکسیدکننده (معمولاً هوا) تا آستانه نقطه خود اشتعالی متراکم می‌شوند. همانند دیگر انواع احتراق، طی یک واکنش گرمازا، انرژی شیمیایی سوخت آزاد می شود و در موتور تبدیل به کار و گرما می گردد.[۱]

نمونه آزمایشگاهی یک موتور HCCI

دید کلی[ویرایش]

نوسان شدید قیمت سوخت های با پایه نفت خام و سخت گیرانه تر شدن قوانین زیست محیطی سبب شده است تا محققین موتورهای احتراق داخلی، تحقیقات خود را به سمت رفع این معضلات سوق دهند. دو استراتژی بزرگ برای انجام این روند وجود دارد: استفاده از سوخت های جایگزین، تغییر فناوری های سنتی. استراتژی اول منجر به استفاده از سوخت های نظیر گاز طبیعی فشرده، اتانول و هیدروژن در خودروها شده است. در استراتژی دوم نیز سعی بر این است که که با توسعه فناوری های به کار رفته در خودروها، مصرف سوخت و میزان تولید آلاینده های آن کاهش یابد. فعالیت های بسیار متنوعی در این خصوص صورت گرفته است که یکی از آنها استفاده از ایده موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن می باشد.[۲]

احتراق HCCI به طور توأم دارای ویژگی های معروف موتورهای اشتعال جرقه ای، همان موتورهای بنزینی (SI)، و موتورهای اشتعال تراکمی، همان موتورهای دیزلی (CI)، می باشد. در واقع باید اینطور بیان کرد که فرآیند اختلاط سوخت و هوا در این ایده احتراقی به مثابه یک موتور اشتعال جرقه ای (بنزینی) انجام می پذیرد. اما به جای استفاده از تخلیه الکتریکی برای شروع اشتعال، دما و چگالی را با استفاده از متراکم سازی تا خوداشتعالی کل مخلوط پیش می برند. نکته حایز اهمیت این است که در موتورهای اشتعال تراکمی (دیزلی) همین خوداشتعالی رخ می دهد، منتهی شروع احتراق ناشی از پاشش سوخت در هوای متراکم شده و آماده جهت افروزش می باشد.[۳] پس این ایده جدید بر مبنای ترکیب این دو روش شکل گرفت.

تاریخچه[ویرایش]

اگرچه احتراق HCCI به طور گسترده ای، همانند احتراق بنزینی و دیزلی، مورد استفاده قرار نگرفته است؛ اما دارای سابقه بسیار طولانی می باشد. اساسا همان سیکل اتو در HCCI رخ می دهد. در واقع پیش از اینکه جرقه الکتریکی جهت شروع احتراق مورد استفاده قرار بگیرد، احتراق HCCI، احتراق شناخته شده ای بود. به عنوان مثال می توان از موتورهایی که برای اختلاط هوا و سوخت از تبخیر سوخت به وسیله لامپ داغ بهره می بردند، نام برد. متراکم سازی به همراه گرمای فوق العاده شرایط برای وقوع احتراق فراهم می کردند. به عنوان یک کثال دیگر می توان از مدل "دیزلی" موتور هواپیما نام برد.

شیوه کار[ویرایش]

اصول این ایده جدید احتراقی بر این مبنا استوار است که مخلوطی (تقریباً همگن) از هوا و سوخت وارد محفظه احتراق شود و به گونه ای در دما و فشار مخلوط به حد خوداشتعالی برسد و احتراق آغاز گردد. همانگونه که ملاحظه می گردد در این ایده جدید، فرایند آماده سازی مخلوط هوا و سوخت مانند اتو و فرایند احتراق همانند دیزل صورت می گیرد. این فرایند- که در سالهای اخیر مورد توجه بسیاری از محققان موتورهای احتراق داخلی قرار گرفته است- HCCI یا به اختصار « اشتعال تراکمی سوخت همگن » خوانده میشود.

فرآیند احتراق در موتور HCCI برخلاف موتورهای اتو (که از شمع شروع میشود) و موتورهای دیزل (که درناحیه غنی مخلوط آغاز می شود) است. شروع احتراق موتورهای HCCI در نقاط بیشماری از محفظه احتراق روی می دهد و اساساً هیچگونه جبهه شعله ای در آن مشاهده نمی شود.[۴]



روش ها[ویرایش]

مخلوط هوا و سوخت زمانی شعله ور می گردد که دما و غلظت آن به اندازه کافی بالا برود. افزایش دما و یا غلظت را از طرق مختلفی می توان انجام داد، که عبارتند از:

1- افزایش نسبت تراکم

2- پیش گرم کردن مخلوط ورودی

3- ورود واداشته

4- برگردادندن بخشی از گازهای خروجی به درون محفظه احتراق


به محض وقوع اشتعال، سرعت احتراق نیز بالا می رود. زمانی که خود-اشتعالی سریع با افزایش انرژی شیمیایی همراه می گردد، تبعا احتراق سریع تر رخ می دهد و نهایتا فشار درون سیلندر به حدی افزایش می یابد که می تواند موتور را تخریب کند. به همین دلیل HCCI با مخلوط ضعیفی از سوخت کار می کند.

مزایا[ویرایش]

نقاط ضعف[ویرایش]

کنترل[ویرایش]

نسبت تراکم متغیر[ویرایش]

دمای ورودی متغیر[ویرایش]

درصد گاز خروجی متغیر[ویرایش]

محرک سوپاپ متغیر[ویرایش]

تغییر کیفیت اشتعال سوخت[ویرایش]

پاشش مستقیم: PCCI یا احتراق PCCI[ویرایش]

نقطه اوج فشار و گرمای آزاد شده[ویرایش]

توان[ویرایش]

انتشارات (آلاینده ها)[ویرایش]

تفاوت ناشی از ضربه (Knock)[ویرایش]

شبیه سازی موتورهای HCCI[ویرایش]

نمونه های اولیه[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ویکی‌پدیای انگلیسی.
  2. کنفرانس ملی CNG، موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن ایده ای جدید در موتورهای احتراق داخلی، مصرفی جدید برای گاز طبیعی فشرده، امید جهانیان، سید علی جزایری.
  3. ویکی‌پدیای انگلیسی.
  4. کنفرانس ملی CNG، موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن ایده ای جدید در موتورهای احتراق داخلی، مصرفی جدید برای گاز طبیعی فشرده، امید جهانیان، سید علی جزایری.

ویکی‌پدیای انگلیسی.

دومين كنفرانس ملي CNG- 1388- موتورهای اشتعال تراکمی سوخت همگن ایده ای جدید در موتورهای احتراق داخلی، مصرفی جدید برای گاز طبیعی فشرده، امید جهانیان، سید علی جزایری.http://www.civilica.com/Paper-CNGCONF02-CNGCONF02_014.html