اشتعال ضغط الشحنة المتجانسة

الموسوعة الحرة

الاشتعال بالضغط والشحنة المتجانسة ( HCCI ) هو شكل من أشكال الاحتراق الداخلي حيث يتم ضغط الوقود المختلط جيدًا والمؤكسد ( عادةً الهواء) إلى نقطة الاشتعال الذاتي. وكما هو الحال في أشكال الاحتراق الأخرى ، ينتج هذا التفاعل الطارد للحرارة حرارة يمكن تحويلها إلى عمل في محرك حراري .

يجمع HCCI بين خصائص محرك البنزين التقليدي ومحركات الديزل . تجمع محركات البنزين بين الشحنة المتجانسة (HC) والاشتعال بالشرارة (SI)، والمختصر باسم HCSI. تجمع محركات الديزل الحديثة ذات الحقن المباشر بين الشحنة الطبقية (SC) والاشتعال بالضغط (CI)، والمختصر باسم SCCI.

كما هو الحال في HCSI، يقوم HCCI بحقن الوقود أثناء شوط السحب. ومع ذلك، بدلاً من استخدام التفريغ الكهربائي (الشرارة) لإشعال جزء من الخليط، يرفع HCCI الكثافة ودرجة الحرارة عن طريق الضغط حتى يتفاعل الخليط بالكامل تلقائيًا.

يعتمد الاشتعال بالضغط المطبق أيضًا على زيادة درجة الحرارة والكثافة الناتجة عن الضغط. ومع ذلك، فإنه يحقن الوقود لاحقًا، أثناء شوط الضغط. يحدث الاحتراق عند حدود الوقود والهواء، مما ينتج عنه انبعاثات أعلى، ولكنه يسمح باحتراق أكثر نحافة وضغط أعلى، مما ينتج عنه كفاءة أكبر.

يتطلب التحكم في HCCI التحكم في المعالج الدقيق والفهم المادي لعملية الاشتعال. تحقق تصميمات HCCI انبعاثات تشبه محركات البنزين مع كفاءة تشبه محركات الديزل.

تحقق محركات HCCI مستويات منخفضة للغاية من انبعاثات أكاسيد النيتروجين ( NO
س) بدون محول حفاز . لا تزال انبعاثات الهيدروكربونات (الوقود والزيوت غير المحترقة) وأول أكسيد الكربون تتطلب المعالجة لتلبية لوائح التحكم في انبعاثات السيارات .

أظهرت الأبحاث الحديثة أن الوقود الهجين الذي يجمع بين تفاعلات مختلفة (مثل البنزين والديزل) يمكن أن يساعد في التحكم في معدلات اشتعال HCCI واحتراقه. وقد ثبت أن RCCI، أو الاشتعال بالضغط المتحكم في التفاعل ، يوفر عملية عالية الكفاءة ومنخفضة الانبعاثات على نطاقات واسعة من الأحمال والسرعة. [1]

تاريخ

محركات HCCI لها تاريخ طويل، على الرغم من أن HCCI لم يتم تطبيقها على نطاق واسع مثل الاشتعال بالشرارة أو حقن الديزل. إنها في الأساس دورة احتراق أوتو . كانت HCCI شائعة قبل استخدام الاشتعال بالشرارة الإلكترونية. أحد الأمثلة على ذلك هو محرك المصباح الساخن الذي استخدم غرفة تبخير ساخنة للمساعدة في خلط الوقود بالهواء. أدت الحرارة الزائدة الممزوجة بالضغط إلى خلق ظروف الاحتراق. مثال آخر هو محرك طائرة نموذجية "ديزل" .

عملية

طُرق

يشتعل خليط الوقود والهواء عندما يكون تركيز ودرجة حرارة المواد المتفاعلة مرتفعين بدرجة كافية. ويمكن زيادة التركيز و/أو درجة الحرارة بعدة طرق مختلفة:

  • زيادة نسبة الضغط
  • التسخين المسبق للغازات الحثية
  • الحث القسري
  • غازات العادم المحتجزة أو المعاد إدخالها

بمجرد اشتعاله، يحدث الاحتراق بسرعة كبيرة. عندما يحدث الاشتعال الذاتي مبكرًا جدًا أو مع الكثير من الطاقة الكيميائية، يكون الاحتراق سريعًا جدًا ويمكن أن تؤدي الضغوط العالية داخل الأسطوانة إلى تدمير المحرك. لهذا السبب، يتم تشغيل HCCI عادةً في مخاليط وقود هزيلة بشكل عام.

المزايا

  • نظرًا لأن محركات HCCI قليلة الوقود، فيمكنها العمل بنسب ضغط تشبه الديزل (>15)، وبالتالي تحقيق كفاءة أعلى بنسبة 30% من محركات البنزين SI التقليدية. [2]
  • يؤدي الاختلاط المتجانس للوقود والهواء إلى احتراق أنظف وانبعاثات أقل. ولأن درجات الحرارة القصوى أقل بكثير من تلك الموجودة في محركات الاحتراق الداخلي النموذجية، فإن مستويات أكسيد النيتروجين تكاد تكون مهملة. بالإضافة إلى ذلك، لا تنتج هذه التقنية السخام . [3]
  • يمكن لمحركات HCCI العمل بالبنزين ووقود الديزل ومعظم أنواع الوقود البديلة. [4]
  • تتجنب تقنية HCCI خسائر الخانق، مما يحسن الكفاءة بشكل أكبر. [5]

العيوب

  • تحقيق القدرة على البدء البارد.
  • تساهم معدلات إطلاق الحرارة المرتفعة وارتفاع الضغط في تآكل المحرك.
  • من الصعب التحكم في الاشتعال التلقائي، على عكس عملية الاشتعال في محركات الاحتراق الداخلي والديزل ، والتي يتم التحكم فيها عن طريق شمعات الإشعال وحاقنات الوقود داخل الأسطوانة، على التوالي. [6]
  • تمتلك محركات HCCI نطاق عزم دوران صغير، مقيدًا عند الأحمال المنخفضة بحدود قابلية الاشتعال الهزيلة والأحمال العالية من خلال قيود الضغط داخل الأسطوانة. [7]
  • انبعاثات أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروكربون (HC) من المحفز المسبق أعلى من محرك الاشتعال بالشرارة النموذجي، بسبب الأكسدة غير المكتملة (بسبب حدث الاحتراق السريع وانخفاض درجات الحرارة داخل الأسطوانة) والغازات المحاصرة في الشقوق، على التوالي. [8]

يتحكم

إن التحكم في HCCI أصعب من التحكم في محركات الاحتراق الأخرى، مثل SI والديزل. في محرك البنزين النموذجي ، يتم استخدام شرارة لإشعال الوقود والهواء المختلطين مسبقًا. في محركات الديزل ، يبدأ الاحتراق عندما يتم حقن الوقود في الهواء المضغوط مسبقًا. في كلتا الحالتين، يتم التحكم في توقيت الاحتراق بشكل صريح. ومع ذلك، في محرك HCCI، يتم ضغط الخليط المتجانس من الوقود والهواء ويبدأ الاحتراق كلما تم الوصول إلى ضغط ودرجة حرارة كافيين. وهذا يعني أنه لا يوجد مبادر احتراق محدد جيدًا يوفر التحكم المباشر. يجب تصميم المحركات بحيث تحدث ظروف الاشتعال في التوقيت المطلوب. لتحقيق التشغيل الديناميكي، يجب أن يدير نظام التحكم الظروف التي تحفز الاحتراق. تشمل الخيارات نسبة الضغط، ودرجة حرارة الغاز المحث، وضغط الغاز المحث، ونسبة الوقود إلى الهواء، أو كمية العادم المحتجز أو المعاد حثه. تتم مناقشة العديد من طرق التحكم أدناه.

نسبة الضغط

تعتبر نسبتي الضغط مهمتين. يمكن تغيير نسبة الضغط الهندسية بمكبس متحرك في الجزء العلوي من رأس الأسطوانة . يستخدم هذا النظام في محركات الطائرات النموذجية التي تعمل بالديزل . يمكن تقليل نسبة الضغط الفعالة من النسبة الهندسية عن طريق إغلاق صمام السحب إما متأخرًا جدًا أو مبكرًا جدًا باستخدام تشغيل الصمام المتغير ( توقيت الصمام المتغير الذي يمكّن دورة ميلر ). تتطلب كلتا الطريقتين طاقة لتحقيق استجابة سريعة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التنفيذ مكلف، ولكنه فعال. [9] تمت أيضًا دراسة تأثير نسبة الضغط على احتراق HCCI على نطاق واسع. [10]

درجة حرارة الحث

إن حدث الاشتعال الذاتي لـ HCCI حساس للغاية لدرجة الحرارة. تستخدم أبسط طريقة للتحكم في درجة الحرارة سخانات المقاومة لتغيير درجة حرارة المدخل، ولكن هذا النهج بطيء للغاية بحيث لا يمكن تغييره على تردد دورة إلى دورة. [11] هناك تقنية أخرى وهي الإدارة الحرارية السريعة (FTM). يتم إنجازها عن طريق تغيير درجة حرارة شحنة المدخل عن طريق خلط تيارات الهواء الساخن والبارد. إنها سريعة بما يكفي للسماح بالتحكم من دورة إلى دورة. [12] كما أنها مكلفة للتنفيذ ولها نطاق ترددي محدود مرتبط بطاقة المحرك.

نسبة غاز العادم

يكون غاز العادم ساخنًا جدًا إذا تم الاحتفاظ به أو إعادة إدخاله من دورة الاحتراق السابقة أو باردًا إذا أعيد تدويره من خلال السحب كما هو الحال في أنظمة إعادة تدوير غاز العادم التقليدية . للعادم تأثيرات مزدوجة على احتراق HCCI. فهو يخفف الشحنة الطازجة، ويؤخر الاشتعال ويقلل من الطاقة الكيميائية وناتج المحرك. وعلى العكس من ذلك، تزيد منتجات الاحتراق الساخنة من درجة حرارة الغاز في الأسطوانة وتسرع الاشتعال. وقد تم إثبات التحكم في توقيت الاحتراق لمحركات HCCI باستخدام EGR تجريبياً. [13]

تشغيل الصمام

يعمل تشغيل الصمام المتغير (VVA) على توسيع منطقة تشغيل HCCI من خلال توفير تحكم أدق في نطاق درجة الحرارة والضغط والوقت داخل غرفة الاحتراق. ويمكن لـ VVA تحقيق ذلك من خلال أي من الطريقتين التاليتين:

  • التحكم في نسبة الضغط الفعالة: يمكن لـ VVA في السحب التحكم في النقطة التي يغلق عندها صمام السحب. يؤدي التباطؤ بعد النقطة الميتة السفلية (BDC) إلى تغيير نسبة الضغط، مما يؤدي إلى تغيير غلاف الضغط في الأسطوانة.
  • التحكم في كمية غاز العادم الساخن المحتجز في غرفة الاحتراق: يمكن لنظام VVA التحكم في كمية غاز العادم الساخن داخل غرفة الاحتراق، إما عن طريق إعادة فتح الصمام أو عن طريق تغيير تداخل الصمام. إن موازنة النسبة المئوية لغاز العادم الخارجي المبرد مع غاز العادم الداخلي الساخن الناتج عن نظام VVA يجعل من الممكن التحكم في درجة الحرارة داخل الأسطوانة.

في حين توفر أنظمة VVA الكهروهيدروليكية وأنظمة التحكم بدون عمود الحدبات التحكم في حركة الصمام، فإن مكونات هذه الأنظمة معقدة ومكلفة حاليًا. ومع ذلك، على الرغم من أن أنظمة الرفع والمدة المتغيرة الميكانيكية أكثر تعقيدًا من سلسلة الصمامات القياسية، إلا أنها أرخص وأقل تعقيدًا. من السهل نسبيًا تكوين مثل هذه الأنظمة لتحقيق التحكم الضروري في منحنى رفع الصمام.

خليط الوقود

هناك وسيلة أخرى لتوسيع نطاق التشغيل وهي التحكم في بداية الاشتعال ومعدل إطلاق الحرارة [14] [15] من خلال التلاعب بالوقود نفسه. يتم ذلك عادةً عن طريق مزج أنواع متعددة من الوقود "أثناء التشغيل" لنفس المحرك. [16] تشمل الأمثلة مزج البنزين التجاري ووقود الديزل، [17] واعتماد الغاز الطبيعي [18] أو الإيثانول. [19] ويمكن تحقيق ذلك بعدة طرق:

  • المزج العلوي: يتم خلط الوقود في الطور السائل، أحدهما ذو مقاومة اشتعال منخفضة (مثل الديزل) والآخر ذو مقاومة أكبر (البنزين). ويختلف توقيت الاشتعال وفقًا لنسبة هذه الوقود.
  • المزج داخل الغرفة: يمكن حقن نوع واحد من الوقود في قناة السحب (حقن المنفذ) والنوع الآخر مباشرة في الأسطوانة.

الحقن المباشر: احتراق PCCI أو PPCI

الاحتراق بالحقن المباشر للاشتعال بالضغط (CIDI) هو وسيلة راسخة للتحكم في توقيت الاشتعال ومعدل إطلاق الحرارة ويتم اعتماده في احتراق محرك الديزل . الاحتراق بالضغط للشحنة المختلطة مسبقًا (PPCI) المعروف أيضًا باسم الاحتراق بالضغط للشحنة المختلطة مسبقًا (PCCI) هو حل وسط يوفر التحكم في احتراق CIDI مع تقليل انبعاثات غاز العادم من HCCI، وتحديدًا انخفاض السخام . [20] يتم التحكم في معدل إطلاق الحرارة عن طريق تحضير الخليط القابل للاحتراق بطريقة يحدث فيها الاحتراق على مدى فترة زمنية أطول مما يجعله أقل عرضة للطرق . يتم ذلك عن طريق توقيت حدث الحقن بحيث تنتشر مجموعة من نسب الهواء / الوقود عبر أسطوانة الاحتراق عند بدء الاشتعال. يحدث الاشتعال في مناطق مختلفة من غرفة الاحتراق في أوقات مختلفة - مما يؤدي إلى إبطاء معدل إطلاق الحرارة. تم تصميم هذا الخليط لتقليل عدد الجيوب الغنية بالوقود، مما يقلل من تكوين السخام. [21] إن استخدام وقود الديزل عالي إعادة تدوير غاز العادم مع مقاومة أكبر للاشتعال (أكثر "مثل البنزين") يتيح أوقات خلط أطول قبل الاشتعال وبالتالي عدد أقل من الجيوب الغنية التي تنتج السخام وأكسيد النيتروجين
س[20] [21]

ذروة الضغط ومعدل إطلاق الحرارة

في محرك الاحتراق الداخلي النموذجي، يحدث الاحتراق عن طريق اللهب. وبالتالي، في أي نقطة زمنية، يحترق جزء صغير فقط من إجمالي الوقود. وينتج عن هذا انخفاض ضغوط الذروة وانخفاض معدلات إطلاق الطاقة. ومع ذلك، في HCCI، يشتعل خليط الوقود/الهواء بالكامل ويحترق على مدى فترة زمنية أصغر بكثير، مما ينتج عنه ضغوط ذروة عالية ومعدلات إطلاق طاقة عالية. لتحمل الضغوط الأعلى، يجب أن يكون المحرك أقوى هيكليًا. تم اقتراح العديد من الاستراتيجيات لخفض معدل الاحتراق وضغط الذروة. يمكن أن يؤدي خلط الوقود، بخصائص الاشتعال الذاتي المختلفة، إلى خفض سرعة الاحتراق. [22] ومع ذلك، يتطلب هذا بنية تحتية كبيرة للتنفيذ. يستخدم نهج آخر التخفيف (أي بغازات العادم) لتقليل الضغط ومعدلات الاحتراق (والناتج). [23]

في طريقة غرفة الاحتراق المقسمة [1]، توجد غرفتا احتراق متعاونتان: غرفة مساعدة صغيرة وغرفة رئيسية كبيرة.
تُستخدم نسبة ضغط عالية في غرفة الاحتراق المساعدة. تُستخدم
نسبة ضغط معتدلة في غرفة الاحتراق الرئيسية حيث يتم ضغط/تسخين خليط متجانس من الهواء والوقود بالقرب من عتبة الاشتعال الذاتي، ولكن أقل منها.
تتسبب نسبة الضغط العالية في غرفة الاحتراق المساعدة في الاشتعال الذاتي لخليط الهواء والوقود الهزيل المتجانس فيها (لا يلزم وجود شمعة احتراق)؛ يندفع الغاز المحترق - عبر بعض "منافذ النقل"، قبل النقطة الميتة العليا مباشرةً - إلى غرفة الاحتراق الرئيسية مما يؤدي إلى اشتعالها الذاتي.
لا يلزم أن يكون المحرك أقوى من الناحية الهيكلية.

قوة

في محركات الاحتراق الداخلي، يمكن زيادة القدرة عن طريق إدخال المزيد من الوقود إلى غرفة الاحتراق. يمكن لهذه المحركات أن تتحمل زيادة في القدرة لأن معدل إطلاق الحرارة في هذه المحركات بطيء. ومع ذلك، في محركات HCCI، يؤدي زيادة نسبة الوقود/الهواء إلى زيادة ضغوط الذروة ومعدلات إطلاق الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب العديد من استراتيجيات التحكم HCCI القابلة للتطبيق التسخين الحراري المسبق للوقود، مما يقلل من الكثافة وبالتالي كتلة شحنة الهواء/الوقود في غرفة الاحتراق، مما يقلل القدرة. تجعل هذه العوامل زيادة القدرة في محركات HCCI أمرًا صعبًا.

تتمثل إحدى التقنيات في استخدام أنواع وقود ذات خصائص اشتعال ذاتي مختلفة . وهذا يخفض معدل إطلاق الحرارة وضغوط الذروة ويجعل من الممكن زيادة نسبة التكافؤ. وهناك طريقة أخرى تتمثل في تقسيم الشحنة حرارياً بحيث تكون النقاط المختلفة في الشحنة المضغوطة ذات درجات حرارة مختلفة وتحترق في أوقات مختلفة، مما يخفض معدل إطلاق الحرارة ويجعل من الممكن زيادة الطاقة. [24] والطريقة الثالثة هي تشغيل المحرك في وضع HCCI فقط في ظروف الحمل الجزئي وتشغيله كمحرك ديزل أو SI في ظروف حمل أعلى. [25]

الانبعاثات

نظرًا لأن HCCI يعمل على مخاليط هزيلة، فإن درجة الحرارة القصوى أقل بكثير من تلك الموجودة في محركات SI والديزل. تعمل درجة الحرارة القصوى المنخفضة هذه على تقليل تكوين NO
سولكنها تؤدي أيضًا إلى احتراق غير كامل للوقود، وخاصة بالقرب من جدران غرفة الاحتراق. وهذا ينتج عنه انبعاثات عالية نسبيًا من أول أكسيد الكربون والهيدروكربون. ويمكن لمحفز مؤكسد إزالة الأنواع الخاضعة للتنظيم، لأن العادم لا يزال غنيًا بالأكسجين.

الفرق عن الضربة القاضية

تحدث طرقة المحرك أو رنينه عندما تشتعل بعض الغازات غير المحترقة الموجودة أمام اللهب في محرك SI تلقائيًا. يتم ضغط هذا الغاز مع انتشار اللهب وارتفاع الضغط في غرفة الاحتراق. يمكن أن يتسبب الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة المقابلة للمتفاعلات غير المحترقة في اشتعالها تلقائيًا. يتسبب هذا في انتقال موجة ضغط من منطقة الغاز النهائي وموجة تمدد للانتقال إلى منطقة الغاز النهائي. تنعكس الموجتان عن حدود غرفة الاحتراق وتتفاعلان لإنتاج موجات ثابتة عالية السعة ، وبالتالي تكوين جهاز صوتي حراري بدائي حيث يتم تضخيم الرنين من خلال زيادة إطلاق الحرارة أثناء انتقال الموجة على غرار أنبوب Rijke .

تحدث عملية اشتعال مماثلة في HCCI. ومع ذلك، بدلاً من اشتعال جزء من خليط المتفاعلات بالضغط أمام جبهة اللهب، يحدث الاشتعال في محركات HCCI بسبب ضغط المكبس في نفس الوقت تقريبًا في الجزء الأكبر من الشحنة المضغوطة. تحدث فروق ضغط قليلة أو معدومة بين المناطق المختلفة من الغاز، مما يزيل أي موجة صدمة أو طرق، لكن الارتفاع السريع في الضغط لا يزال موجودًا ومرغوبًا فيه من نقطة البحث عن أقصى قدر من الكفاءة من إضافة الحرارة المتساوية المثالية تقريبًا.

محاكاة محركات HCCI

تتطلب النماذج الحسابية لمحاكاة معدلات الاحتراق وإطلاق الحرارة لمحركات HCCI نماذج كيميائية مفصلة. [17] [26] [27] ويرجع هذا إلى حد كبير إلى أن الاشتعال أكثر حساسية للحركية الكيميائية من عمليات الاضطراب/الرش أو الشرر كما هو الحال في محركات SI والديزل. وقد أظهرت النماذج الحسابية أهمية مراعاة حقيقة أن الخليط داخل الأسطوانة غير متجانس بالفعل، وخاصة من حيث درجة الحرارة. وينشأ هذا التجانس عن طريق الخلط المضطرب ونقل الحرارة من جدران غرفة الاحتراق. وتحدد كمية التقسيم الطبقي لدرجة الحرارة معدل إطلاق الحرارة وبالتالي الميل إلى الطرق. [28] وهذا يحد من فائدة النظر إلى الخليط داخل الأسطوانة كمنطقة واحدة، مما يؤدي إلى دمج أكواد ديناميكيات السوائل الحسابية ثلاثية الأبعاد مثل كود KIVA CFD لمختبر لوس ألاموس الوطني وحل أكواد نمذجة دالة كثافة الاحتمالات بشكل أسرع. [29] [30]

النماذج الأولية

لدى العديد من شركات تصنيع السيارات نماذج أولية لـ HCCI تعمل.

  • استخدمت دراجة هوندا EXP-2 موديل 1994 نظام "ARC-combustion". وكان المحرك ثنائي الأشواط يستخدم صمام عادم لمحاكاة وضع HCCI. باعت هوندا دراجة CRM 250 AR.
  • في الفترة من 2007 إلى 2009، عرضت شركة جنرال موتورز تقنية HCCI بمحرك Ecotec معدل سعة 2.2 لتر مثبت في أوبل فيكترا وساتورن أورا . [31] يعمل المحرك في وضع HCCI بسرعات أقل من 60 ميلاً في الساعة (97 كم/ساعة) أو عند القيادة، ويتحول إلى نظام SI التقليدي عند فتح الخانق وينتج اقتصادًا في استهلاك الوقود يبلغ 43 ميلاً لكل جالون إمبراطوري (6.6 لتر/100 كم؛ 36 ميلاً في الغالون - أمريكي ) وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون تبلغ حوالي 150 جرامًا لكل كيلومتر، مما يحسن من 37 ميلاً لكل جالون إمبراطوري (7.6 لتر/100 كم؛ 31 ميلاً في الغالون - أمريكي ) و180 جرامًا/كم من إصدار الحقن المباشر التقليدي سعة 2.2 لتر . [32] كما تبحث شركة جنرال موتورز في محركات أصغر من عائلة 0 لتطبيقات HCCI. استخدمت شركة جنرال موتورز تقنية KIVA في تطوير محركات البنزين ذات الحقن المباشر والشحن الطبقي بالإضافة إلى محرك البنزين سريع الاحتراق والشحنة المتجانسة. [30]
  • طورت شركة مرسيدس بنز نموذجًا أوليًا لمحرك يسمى DiesOtto ، مع إشعال ذاتي يتم التحكم فيه. وقد تم عرضه في سيارتها النموذجية F 700 في معرض فرانكفورت للسيارات لعام 2007. [33]
  • تطور شركة فولكس فاجن نوعين من المحركات لتشغيل HCCI. الأول يسمى نظام الاحتراق المشترك أو CCS، ويستند إلى محرك الديزل VW Group سعة 2.0 لتر، ولكنه يستخدم شحنة سحب متجانسة. ويتطلب وقودًا صناعيًا لتحقيق أقصى فائدة. والثاني يسمى الاشتعال بضغط البنزين أو GCI؛ ويستخدم HCCI عند الانطلاق والاشتعال بالشرارة عند التسارع. وقد تم عرض كلا المحركين في نماذج توران الأولية . [34]
  • في نوفمبر 2011 أعلنت هيونداي عن تطوير محرك GDCI (حقن البنزين المباشر بالضغط والإشعال) بالتعاون مع شركة دلفي أوتوموتيف . [35] وقد تخلص المحرك من شمعات الإشعال، ويستخدم بدلاً من ذلك كلاً من الشاحن الفائق والشاحن التوربيني للحفاظ على الضغط داخل الأسطوانة. ومن المقرر أن يتم إنتاج المحرك تجاريًا في المستقبل القريب. [36]
  • في أكتوبر 2005، ذكرت صحيفة وول ستريت جورنال أن شركة هوندا تعمل على تطوير محرك HCCI كجزء من جهودها لإنتاج سيارة هجينة من الجيل التالي. [37]
  • قامت شركة Oxy-Gen Combustion، وهي شركة تكنولوجيا نظيفة مقرها المملكة المتحدة، بإنتاج محرك HCCI كامل الحمولة بمساعدة شركتي Michelin وShell. [38]
  • يتمتع الجيل الثاني من محرك Skyactiv-G من Mazda بنسبة ضغط تبلغ 18:1 للسماح باستخدام احتراق HCCI. [39] أعلنت Mazda عن نموذج محرك يسمى Skyactiv#Skyactiv-X في أغسطس 2017 باعتباره إنجازًا كبيرًا في تكنولوجيا المحرك . [40]
  • تقوم شركة Mazda بإجراء أبحاث مع HCCI باستخدام محركات Wankel . [41]

إنتاج

  • في مارس 2021، أعلنت مازدا عن سيارتين موديل 2021 بمحرك احتراق داخلي سعة 2.0 لتر قادر على HCCI مع نسبة ضغط متغيرة تتراوح من 16.3:1 إلى 15.0:1 تسمى e-Skyactiv X. [42]

تطبيقات أخرى

حتى الآن، تعمل عدد قليل من المحركات النموذجية في وضع HCCI، لكن أبحاث HCCI أدت إلى تقدم في تطوير الوقود والمحركات. تشمل الأمثلة:

  • احتراق PCCI/PPCI - مزيج من HCCI واحتراق الديزل التقليدي يوفر المزيد من التحكم في معدلات الاشتعال وإطلاق الحرارة مع انخفاض السخام وأكسيد النيتروجين
    س    الانبعاثات. [20] [21]
  • التطورات في نمذجة الوقود - يعتمد احتراق HCCI بشكل أساسي على الحركية الكيميائية بدلاً من الخلط المضطرب أو الحقن، مما يقلل من تعقيد محاكاة الكيمياء، مما يؤدي إلى أكسدة الوقود وتكوين الانبعاثات. وقد أدى هذا إلى زيادة الاهتمام وتطوير الحركية الكيميائية التي تصف أكسدة الهيدروكربون.
  • تطبيقات مزج الوقود - نظرًا للتقدم في نمذجة الوقود، أصبح من الممكن الآن إجراء عمليات محاكاة مفصلة لأكسدة وقود الهيدروكربون، مما يتيح محاكاة الوقود العملي مثل البنزين/الديزل [ 17] والإيثانول . [19] يمكن للمهندسين الآن مزج الوقود افتراضيًا وتحديد كيفية أدائه في سياق المحرك.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "كلية الهندسة في جامعة ويسكونسن ماديسون، مبادرات في مجال الطاقة والصحة وتكنولوجيا النانو والأمن وتكنولوجيا المعلومات". Engr.wisc.edu. مؤرشف من الأصل في 2010-02-25 . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  2. ^ تشاو ، فوتشيوان. أسموس، توماس دبليو؛ أسانيس، دينيس ن.؛ ديسمبر، جون إي. المهندس، جيمس أ. ناجت، بول م. (2003). محركات الإشعال بضغط الشحنة المتجانسة (HCCI): قضايا البحث والتطوير الرئيسية . وارنديل، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية: جمعية مهندسي السيارات . ص 11-12. رقم ISBN  0-7680-1123-X.
  3. ^ Warnatz, Jürgen; Maas, Ulrich; Dibble, Robert W. (2006). الاحتراق: الأساسيات الفيزيائية والكيميائية، النمذجة والمحاكاة، التجارب، تكوين الملوثات (الطبعة الرابعة). برلين، ألمانيا: سبرينغر . ص 175-176. ISBN  3-540-25992-9.
  4. ^ Dec, John E.; Epping, Kathy; Aceves, Salvador M.; Bechtold, Richard L. (2002). "إمكانية احتراق HCCI لتحقيق كفاءة عالية وانبعاثات منخفضة". جمعية مهندسي السيارات . 2002-01-1923.
  5. ^ بومغارتن، كارستن (2006). تكوين الخليط في محركات الاحتراق الداخلي: تكوين الخليط في محركات الاحتراق الداخلي . بيركهاوزر. ص 263-264. رقم ISBN  3-540-30835-0.
  6. ^ بلوم، دانييل؛ كارلسون، ماريا؛ إيكهولم، كنت؛ تونستال، بير؛ جوهانسون، رولف (2008). "نمذجة محرك HCCI والتحكم فيه باستخدام مبادئ الحفاظ". ورقة فنية صادرة عن جمعية مهندسي السيارات 2008-01-0789 . سلسلة الأوراق الفنية الصادرة عن جمعية مهندسي السيارات. المجلد 1. doi :10.4271/2008-01-0789.
  7. ^ Stanglmaier, Rudolf H.; Roberts, Charles E. (1999). "Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI): Benefits, Compromises, and Future Engine Applications". SAE Technical Paper 1999-01-3682 . سلسلة الأوراق الفنية SAE. المجلد 1. doi :10.4271/1999-01-3682.
  8. ^ Aceves, Salvador M.; Flowers, Daniel L.; Espinosa-Loza, Francisco; Martinez-Frias, Joel; Dec, John E.; Sjöberg, Magnus; Dibble, Robert W.; Hessel, Randy P. (2004). "التحليل المكاني لمصادر الانبعاثات لاحتراق HCCI عند الأحمال المنخفضة باستخدام نموذج متعدد المناطق". ورقة فنية صادرة عن جمعية مهندسي السيارات 2004-01-1910 . سلسلة الأوراق الفنية الصادرة عن جمعية مهندسي السيارات. المجلد 1. doi :10.4271/2004-01-1910.
  9. ^ هارالدسون، جوران؛ هايفونين، جاري؛ تيونستال، بير؛ جوهانسون، بينجت (2002). "مرحلة احتراق HCCI في محرك متعدد الأسطوانات باستخدام نسبة ضغط متغيرة". ورقة فنية صادرة عن جمعية مهندسي السيارات 2002-01-2858 . سلسلة الأوراق الفنية الصادرة عن جمعية مهندسي السيارات. المجلد 1. doi :10.4271/2002-01-2858.
  10. ^ Aceves, SM; Smith, JR; Westbrook, CK; Pitz, WJ (1999). "Compression ratio effect on methane HCCI combustion". مجلة هندسة التوربينات الغازية والطاقة . 212 (3): 569–574. doi :10.1115/1.2818510.
  11. ^ Flowers, Daniel L.; SM Aceves; J. Martinez-Frias; JR Smith; MY Au; JW Girard; RW Dibble (2001). "تشغيل محرك احتراق ضغطي متجانس الشحنة يعمل بالبروبان وذو أربع أسطوانات سعة 1.9 لتر: خصائص التشغيل الأساسية وتأثيرات الأسطوانة إلى الأسطوانة". جمعية مهندسي السيارات . 2001-01-1895.
  12. ^ هارالدسون، جوران؛ جاري هيفونين؛ بير تونيستال؛ بينجت جوهانسون (2004). "التحكم في الاحتراق باستخدام نظام التحكم الحراري السريع باستخدام نظام التحكم الحراري السريع". جمعية مهندسي السيارات . 2004-01-0943.
  13. ^ Au, Michael; Girard, JW; Dibble, R.; Aceves, DFSM; Martinez-Frias, J.; Smith, R.; Seibel, C.; Maas, U. (2001). "تشغيل محرك HCCI رباعي الأسطوانات سعة 1.9 لتر مع إعادة تدوير غاز العادم". جمعية مهندسي السيارات . 2001-01-1894.
  14. ^ "التحكم في إطلاق الحرارة باستخدام الوقود المتقدم". مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2011.
  15. ^ Smallbone, Andrew; Amit Bhave; Neal M. Morgan; Markus Kraft; Roger Cracknell; Gautam Kalghatgi (2010). "محاكاة احتراق الوقود العملي والمخاليط لتطبيقات المحرك الحديثة باستخدام الحركية الكيميائية التفصيلية". جمعية مهندسي السيارات . 2010-01-0572.
  16. ^ سيباستيان، موسباتش؛ علي م. الداود؛ ماركوس كرافت (2008). "التقييم في الوقت الفعلي لنموذج محرك HCCI الكيميائي التفصيلي باستخدام تقنية الجدولة". علوم وتكنولوجيا الاحتراق . 180 (7): 1263-1277. doi :10.1080/00102200802049414. S2CID  97895596.
  17. ^ abc "مزج الوقود العملي". مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2011.
  18. ^ "احتراق الغاز الطبيعي". مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2011.
  19. ^ "مزيج الإيثانول/البنزين". مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2011.
  20. ^ abc Kalghatgi, Gautam; Hildingsson, Leif; Johansson, Bengt (2010). "تشغيل محرك ديزل باستخدام وقود يشبه البنزين باستخدام أكاسيد النيتروجين والدخان المنخفضين". مجلة هندسة توربينات الغاز والطاقة . 132 (9). doi :10.1115/1.4000602.
  21. ^ abc "وضعا الاشتعال بالضغط المختلط جزئيًا (PPCI) والاحتراق في درجات حرارة منخفضة (LTC)". Cmcl . مؤرشف من الأصل في 2012-03-09 . تم الاسترجاع 2016-04-06 . أحد الأساليب الواعدة هو وضع الاشتعال بالضغط المختلط جزئيًا (PPCI) أو الاحتراق في درجات حرارة منخفضة (LTC). باستخدام هذا النهج، يمكن تقليل الدخان في محركات الاشتعال بالضغط من خلال تعزيز خلط الوقود والهواء قبل الاحتراق. يمكن تقليل مستويات أكاسيد النيتروجين عن طريق تقليل درجات حرارة الاحتراق عن طريق حرق وقود أضعف أو مختلط مسبقًا أو باستخدام إعادة تدوير غاز العادم.
  22. ^ ماك، جيه هنتر؛ دانيال إل فلاورز؛ بروس إيه بوشولز؛ روبرت دبليو ديبل (2005). "التحقيق في احتراق خليط ثنائي إيثيل الإيثر والإيثانول باستخدام تتبع الكربون 14 والمحاكاة العددية". وقائع معهد الاحتراق . 30 (2): 2693-2700. doi :10.1016/j.proci.2004.08.136.
  23. ^ Choi, GH; SB Han; RW Dibble (2004). "دراسة تجريبية حول تشغيل محرك الاشتعال بالضغط المتجانس مع إعادة تدوير غاز العادم". المجلة الدولية لتكنولوجيا السيارات . 5 (3): 195-200.
  24. ^ Sjoberg, Magnus; John E. Dec; Nicholas P. Cernansky (2005). "إمكانية الطبقات الحرارية وإبطاء الاحتراق لتقليل معدلات ارتفاع الضغط في محركات Hcci، استنادًا إلى النمذجة والتجارب متعددة المناطق". جمعية مهندسي السيارات . 2005-01-0113.
  25. ^ يانغ، جيالين؛ تود كولب؛ توماس كيني (2002). "تطوير نظام محرك البنزين باستخدام تكنولوجيا Hcci - المفهوم ونتائج الاختبار". جمعية مهندسي السيارات . 2002-01-2832.
  26. ^ "كيمياء الاحتراق". Pls.llnl.gov. مؤرشف من الأصل في 2014-08-17 . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  27. ^ "kinetics: The Chemical Kinetics Model Builder". المملكة المتحدة: CMCL Innovations . تم الاسترجاع في 2022-01-20 .
  28. ^ Maigaard, P; Fabian Mauss; Markus Kraft (2003). "محرك الاشتعال بالضغط والشحنة المتجانسة: دراسة محاكاة لتأثيرات عدم التجانس". مجلة هندسة التوربينات الغازية والطاقة . 125 (2): 466-471. doi :10.1115/1.1563240.
  29. ^ "srm engine suite software". مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2011.
  30. ^ "نمذجة عمليات الاحتراق" (PDF) .
  31. ^ سام أبوالسميد. "تحليل ABG Tech وانطباع القيادة: محرك HCCI الخاص بشركة GM". Autobloggreen.com . تم الاسترجاع في 31 مارس 2014 .
    سام أبوالسميد. "محركات HCCI من جنرال موتورز تعمل الآن من وضع الخمول إلى سرعة 60 ميلاً في الساعة!". Green.autoblog.com . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
    "جنرال موتورز تستكشف استراتيجيات صمامات مختلفة لتوسيع تشغيل HCCI للأحمال العالية؛ فوائد نهج تداخل الصمامات الإيجابي". مؤتمر السيارات الخضراء. 2011-05-03 . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  32. ^ مايكل سكارليت (2008-05-21). "فوكسهول فيكترا 2.2 HCCI". أوتو إكسبريس . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  33. ^ "معرض فرانكفورت للسيارات 2007: مرسيدس بنز F 700". إدموندز . 11 سبتمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 12 أكتوبر 2007.
  34. ^ كريستيان شتاينرت، مدونة السيارات الألمانية (2007-06-27). "فولكس فاجن: داخل المختبر السري". مدونة السيارات الألمانية. مؤرشف من الأصل في 2013-05-18 . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  35. ^ "لدينا اشتعال: محرك الغاز التجريبي لشركة هيونداي يعمل بدون شمعات احتراق - قسم التكنولوجيا". www.caranddriver.com . 2014-02-26 . تم الاسترجاع في 2015-11-09 .
  36. ^ “(الكورية) 현대자동차가 세계시장에 내놓을 비장의 무기”. chosun.com . تشوسون إلبو . 2015-04-23. مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 2016-01-11 . تم الاسترجاع 2015/11/09 .
  37. ^ JOURNAL, Norihiko ShirouzuStaff Reporter of THE WALL STREET (October 25, 2005). "قد تساعد السيارة الهجينة التجريبية من هوندا في السباق مع تويوتا" – عبر www.wsj.com.
  38. ^ "احتراق الأكسجين". احتراق الأكسجين. مؤرشف من الأصل في 2014-01-08 . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  39. ^ "أنظف من الكهرباء؟ مازدا تتحدث عن طموحات الاقتصاد في استهلاك الوقود بمحرك البنزين في SkyActiv 2". Phys.org . تم الاسترجاع في 2014-03-31 .
  40. ^ أعلنت شركة مازدا عن تحقيق اختراق في تكنولوجيا المحركات التي طالما كانت مرغوبة، ياهو! المالية
  41. ^ فلين، مالكولم (2015-11-09). "محرك Mazda SkyActiv-R الدوار يمكن أن يستخدم نظام الإشعال بالضغط - أخبار السيارات". CarsGuide . أستراليا . تم الاسترجاع في 2016-08-08 .
  42. ^ "محرك e-Skyactiv X المحدث يظهر لأول مرة في Mazda CX-30 2021 و Mazda3 2021". عالم السيارات . 2021-03-01 . تم الاسترجاع 2021-09-07 .
  • الأبحاث والمنشورات في جامعة لوند، جنوب شرق
  • الأبحاث في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، جنوب شرق
  • بحث في جامعة ستانفورد، الولايات المتحدة الأمريكية محفوظ في 2016-03-04 على موقع واي باك مشين
  • الأبحاث والمنشورات في جامعة ويسكونسن، ماديسون، الولايات المتحدة الأمريكية أرشيف 2018-12-15 على موقع واي باك مشين
  • الأبحاث في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الولايات المتحدة الأمريكية
  • الأبحاث في جامعة كامبريدج، المملكة المتحدة
  • الأبحاث في جامعة RWTH آخن، ألمانيا أرشيف 2016-07-05 على موقع Wayback Machine
  • الأبحاث في جامعة آيندهوفن للتكنولوجيا، هولندا
  • الأبحاث في مختبر لوس ألاموس الوطني، لوس ألاموس، نيو مكسيكو، الولايات المتحدة الأمريكية

قراءة إضافية

  • محرك HCCI للسيارات مؤرشف من الأصل في 31 مايو 2014 على موقع Wayback Machine بواسطة منشأة أبحاث الاحتراق في ساندي، يناير 2012.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=اشتعال_بالضغط_والشحن_المتجانس&oldid=1249688986"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate