(News.oto-hui.com) – Động cơ HCCI – Homogeneous charge compression ignition là một loại động cơ xăng đốt trong đặc biệt, trong đó hỗn hợp nhiên liệu và không khí được nén đến điểm “tự bốc cháy” mà không cần đến sự trợ giúp của bugi. Giống như trong các phản ứng cháy khác, phản ứng giải phóng năng lượng chuyển đổi thành công và nhiệt trong động cơ.
Để động cơ HCCI làm việc hiệu quả đòi hỏi phải có một vi xử lý tốt và hiểu biết vật lý về quá trình đánh lửa. Các thiết kế đặc biệt của HCCI giúp động cơ hoạt động tối ưu, cho ra lượng khí thải giống như động cơ xăng và hiệu suất thì lại giống như động cơ diesel. Động cơ HCCI thải ra lượng khí NOx cực thấp mặc dù không có bộ xử lí khí thải. Tuy nhiên, phần nhiên liệu sót sau quá trình cháy và khí thải carbon monoxide vẫn cần xử lý để đáp ứng các quy định kiểm soát khí thải ô tô.
1. LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA ĐỘNG CƠ HCCI:
Động cơ HCCI có một lịch sử lâu dài, mặc dù HCCI đã không được sản xuất rộng rãi như đánh lửa bằng bugi hoặc nén diesel do tính chất khó kiểm soát của nó. Nó thực chất là một chu trình đốt cháy Otto.
2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ HCCI:
Để vận hành được động cơ HCCI thì nhiệt độ của buồng đốt đóng vai trò rất quan trọng. Hỗn hợp xăng và nhiên liệu chỉ có thể tự bốc cháy khi buồng cháy được làm nóng nhất định, do đó động cơ sẽ sử dụng bugi đánh lửa để khởi động động cơ, khi nhiệt độ bên trong xi lanh đã được làm ấm lên thì mới vận hành được chế độ HCCI. Trong chế độ HCCI hỗn hợp hòa trộn nhiên liệu và không khí rất loãng do đó động cơ làm việc ở chế độ hỗn hợp nhiên liệu nghèo nhờ vậy động cơ có thể đạt được hiệu quả như động cơ Diesel và giảm được hàm lượng CO2 trong khí thải.
Hỗn hợp nhiên liệu và không khí tự bốc cháy khi áp suất và nhiệt độ của hòa khí đủ cao. Áp suất và nhiệt độ có thể được tăng lên theo nhiều cách khác nhau:
- Tăng tỷ số nén.
- Làm nóng nhiên liệu trước khi phun.
- Nạp lại khí thải vào buồng đốt.
3. Ưu và nhược điểm của động cơ HCCI:
a. Ưu điểm:
- Vì động cơ HCCI có thể hoạt động ở tỷ số nén giống như động cơ diesel (> 15:1), do đó đạt được hiệu suất cao hơn 30% so với động cơ xăng thông thường.
- Sự pha trộn đồng nhất giữa nhiên liệu và không khí dẫn đến đốt cháy sạch hơn và lượng khí thải thấp hơn. Bởi vì nhiệt độ cao nhất thấp hơn đáng kể so với động cơ xăng điển hình. Mức độ NOx gần như không đáng kể. Ngoài ra, không tạo ra bồ hóng.
- Động cơ HCCI có thể hoạt động bằng xăng, nhiên liệu diesel và hầu hết các nhiên liệu thay thế.
b. Nhược điểm:
- Giải phóng nhiệt độ cao và áp suất tăng nhanh làm hao mòn động cơ.
- Rất khó để kiểm soát tự động bằng ECU, không giống việc đánh lửa trong động cơxăng được điều khiển bằng bugi và kim phun nhiên liệu trong động cơ diesel.
- Khí thải carbon monoxide (CO) và hydrocarbon (HC) cao hơn động cơ đánh lửa bugi thông thường, gây ra bởi quá trình oxy hóa không hoàn toàn (do đốt cháy nhanh và nhiệt độ trong xi lanh thấp).
4. Kiểm soát:
HCCI khó kiểm soát hơn các động cơ đốt trong khác.
- Trong một động cơ xăng, một tia lửa được sử dụng để đốt cháy hòa khí.
- Trong động cơ Diesel , quá trình đốt cháy bắt đầu khi nhiên liệu được phun vào không khí được nén trước.
- Trong cả hai trường hợp, thời gian đốt được kiểm soát rõ ràng.
Tuy nhiên, trong động cơ HCCI, hỗn hợp đồng nhất giữa nhiên liệu và không khí được nén và quá trình đốt cháy bắt đầu bất cứ khi nào đạt đủ áp suất và nhiệt độ. Điều này có nghĩa là không thể điều khiển trực tiếp. Động cơ phải được thiết kế sao cho điều kiện đánh lửa xảy ra tại thời điểm mong muốn. Để đạt được khả năng hoạt động ổn định, hệ thống điều khiển phải quản lý các điều kiện gây ra sự đốt cháy.
5. Nguyên mẫu:
Kể từ năm 2017, không có động cơ HCCI nào được sản xuất ở quy mô thương mại. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất xe hơi đã sử dụng nguyên mẫu HCCI.
- Chiếc xe máy Honda EXP-2 đời 1994 sử dụng một động cơ hai thì sử dụng van xả để mô phỏng chế độ HCCI.
Mercedes-Benz đã phát triển một động cơ nguyên mẫu có tên DiesOtto , với hệ thống đánh lửa được điều khiển tự động. Nó đã được thể hiện trong chiếc xe F700 concept của mình tại Triển lãm ô tô Frankfurt 2007.
Volkswagen đang phát triển hai hệ thống cho động cơ HCCI. Hệ thống đầu tiên, được gọi là Combined Combustion System, lắp đặt trên động cơ diesel 2.0 L của Tập đoàn VW. Hệ thống thứ hai được gọi là Gasoline Compression Ignition, nó sử dụng HCCI khi chạy đường trường và đánh lửa khi tăng tốc. Cả hai động cơ được sử dụng trong các nguyên mẫu Touran.
Vào tháng 10 năm 2005, Tạp chí Phố Wall báo cáo rằng Honda đang phát triển động cơ HCCI dùng cho xe hybrid thế hệ tiếp theo.
Oxy-Gen Combustion, một công ty công nghệ sạch có trụ sở tại Vương quốc Anh, đã sản xuất một mô hình động cơ HCCI với sự hỗ trợ của Michelin và Shell.
SkyActiv-G Thế hệ 2 của Mazda có tỷ lệ nén 18: 1 dùng công nghệ tương tự như HCCI. Một mô hình động cơ có tên SKYACTIV-X đã được Mazda công bố vào tháng 8 năm 2017 là một bước đột phá lớn trong công nghệ động cơ.
Bài viết liên quan:
- Tìm hiểu về hệ thống khí xả trên ô tô
- Ba nguyên tắc cơ bản của động cơ xăng 4 kỳ
- Ưu điểm và nhược điểm của các cách bố trí động cơ trên ô tô
- Điểm lại những động cơ ô tô “khủng” nhất
