Động cơ HCCI – Homogeneous charge compression ignition là loại động cơ xăng đốt trong đặc biệt. Cụ thể, hỗn hợp không khí và nhiên liệu được nén tới điểm “tự bốc cháy” mà không cần tới sự hỗ trợ của bugi.
Điểm khác biệt của động cơ ô tô HCCI so với những loại động cơ xăng khác là nằm ở nguyên lý hòa trộn và cháy đồng đều tại mọi điểm bên trong buồng đốt, không giống với nguyên tắc lan truyền ngọn lửa trên các động cơ xăng thông thường khác. Điều này sẽ giúp hạn chế được tình trạng kích nổ do hỗn hợp xăng và nhiên liệu tự bốc cháy và tạo ra sóng lan truyền từ bugi.
Để động cơ HCCI có thể hoạt động hiệu quả, nó đòi hỏi phải có một vi xử lý hiệu quả và hiểu biết vật lý về quá trình đánh lửa. Những thiết kế đặc biệt của HCCI giúp động cơ hoạt động một cách tối ưu nhất, cho ra lượng khí thải giống với động cơ xăng và hiệu suất thì lại tương tự động cơ diesel.
HCCI thải ra lượng khí NOx rất thấp mặc dù không được trang bị bộ xử lý khí thải. Tuy nhiên, phần nhiên liệu sót sau quá trình cháy và khí thải carbon monoxide vẫn cần phải xử lý để có thể đáp ứng các quy định kiểm soát khí thải ô tô.
-
Quá trình ra đời của động cơ HCCI
Động cơ ô tô HCCI có lịch sử khá lâu đời, mặc dù độ phổ biến của HCCI không rộng rãi như đánh lửa bằng bugi hay nén diesel, do tính chất khó kiểm soát của nó. Nó thực chất là một quá trình đốt cháy Otto.
-
Nguyên lý hoạt động của HCCI
Nhiệt độ trong buồng đốt đóng một vai trò vô cùng quan trọng để vận hành động cơ HCCI. Khi buồng cháy được làm nóng tới một nhiệt độ nhất định, thì hỗn hợp xăng và nhiên liệu mới có thể bốc cháy. Vậy nên, động cơ sẽ cần bugi đánh lửa để có thể khởi động động cơ, khi nhiệt độ bên trong xylanh đã được làm ấm lên thì chế độ HCCI mới được vận hành.
Trong chế độ HCCI, hỗn hợp hòa trộn nhiên liệu và không khí rất loãng, vậy nên động cơ sẽ làm việc ở chế độ hỗn hợp nhiên liệu nghèo. Qua đó động cơ có thể đạt được hiệu quả như động cơ Diesel và giảm được hàm lượng CO2 trong khí thải.
Khi áp suất và nhiệt độ hòa khí đủ cao, thì hỗn hợp nhiên liệu và không khí có thể tự bốc cháy. Áp suất và nhiệt độ có thể được tăng lên theo nhiều cách khác nhau như:
- Tăng tỷ số nén.
- Nạp lại khí thải vào buồng đốt.
- Làm nóng nhiên liệu trước khi phun.
-
Ưu – Nhược điểm của động cơ HCCI
Bất kỳ một loại động cơ nào đó cũng có những ưu nhược điểm riêng. Động cơ HCCI mạnh mẽ và thân thiện với môi trường là vậy, nhưng vẫn chưa được sử dụng rộng rãi. Vậy các bạn hãy cùng VATC xem những ưu/nhược điểm của HCCI được đưa ra như sau:
#Ưu điểm:
Bởi vì động cơ ô tô HCCI có thể hoạt động ở tỷ số nén giống với động cơ diesel (> 15:1), vậy nên để có thể đạt được hiệu suất cao hơn 30% so với động cơ xăng thông thường.
Sự pha trộn đồng nhất giữa không khí và nhiên liệu giúp đốt cháy sạch hơn nên lượng khí thải thấp hơn. Bởi vì nhiệt độ cao nhất của HCCI thấp hơn nhiều so với động cơ xăng thông thường, nên mức độ NOx gần như không đá kể. Ngoài ra, nó không tạo ra bồ hóng. Động cơ HCCI có thể vận hành bằng xăng, diesel và đa số các loại nhiên liệu thay thế khác.
#Nhược điểm:
Do giải phóng nhiệt độ cao và áp suất tăng nhanh khiến động cơ hao mòn nhanh. Rất khó để có thể kiểm soát tự động bằng ECU, không giống với việc đánh lửa trong động cơ xăng được điều khiển bằng bugi và kim phun nhiên liệu trong động cơ diesel.
Khí thải carbon monoxide (CO) và hydrocarbon (HC) cao hơn so với động cơ đánh lửa bằng bugi thông thường gây ra bởi quá trình oxy hóa không hoàn toàn (do đốt cháy nhanh và nhiệt độ trong xylanh thấp).
-
Kiểm soát trên động cơ ô tô HCCI
Động cơ HCCI khó kiểm soát hơn so với những loại động cơ đốt trong khác.
- Trong một động cơ xăng, hòa khí sẽ được đốt cháy bởi một tia lửa.
- Trong một động cơ Diesel, quá trình đốt cháy được bắt đầu khi nhiên liệu phun vào không khí được nén trước.
- Trong cả hai trường hợp, thời gian đốt sẽ được kiểm soát rõ ràng hơn.
Tuy nhiên, đối với HCCI thì hỗn hợp đồng nhất giữa nhiên liệu và không khí được nén, quá trình đốt cháy sẽ bắt đầu bất cứ lúc nào đạt đủ nhiệt độ và áp suất. Điều này có nghĩa là không thể điều khiển trực tiếp.
Động cơ phải được thiết kế làm sao cho điều kiện đánh lửa xảy ra ngay thời điểm mong muốn. Để có thể đạt được khả năng hoạt động ổn định, hệ thống điều khiển phải quản lý các điều kiện gây ra sự đốt cháy.
-
Nguyên mẫu được áp dụng trên các dòng xe
Kể từ năm 2017, chưa có một động cơ HCCI nào được sản xuất với quy mô thương mại. Thế nhưng, vẫn có một số nhà sản xuất xe hơi đã sử dụng nguyên mẫu động cơ ô tô HCCI.
Mercedes-Benz đã phát triển một động cơ nguyên mẫu với tên gọi DiesOtto, với hệ thống đánh lửa được điều khiển tự động. Nó đã được thể hiện trên chiếc xe F700 concept của mình tại Triển lãm ô tô Frankfurt 2007.
Volkswagen cũng đang phát triển hai hệ thống cho động cơ HCCI. Hệ thống đầu tiên có tên gọi là Combined Combustion System, được lắp đặt trên động cơ diesel 2.0L của tập đoàn Volkswagen. Hệ thống thứ hai có tên gọi là Gasoline Compression Ignition, nó sử dụng HCCI khi chạy đường trường và đánh lửa khi tăng tốc. Cả hai động cơ đều được sử dụng trong các nguyên mẫu Touran.
Oxy-Gen Combustion, một công ty công nghệ sạch có trụ sở tại Vương quốc Anh, đã sản xuất một mô hình HCCI với sự hỗ trợ của Shell và Michelin.
SkyActiv-G Thế hệ 2 của Mazda có tỷ lệ nén 18:1 dùng công nghệ tương tự như động cơ 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.
Theo: oto-hui.com