Μοτέρ που καίει βενζίνη και diesel ταυτόχρονα! Πώς γίνεται;
Γίνεται να καίνε και τα δύο καύσιμα ταυτόχρονα; Και όμως γίνεται!
Τεχνολογία που εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες και των δύο καυσίμων.
Χαμηλότερη κατανάλωση και ρύποι. Πώς ακριβώς λειτουργεί;
Γίνεται να καίνε και τα δύο καύσιμα ταυτόχρονα; Και όμως γίνεται
Η βενζίνη και το diesel αποτελούν τα πλέον διαδεδομένα καύσιμα για την λειτουργία των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Ωστόσο αναλόγως το καύσιμο που καίνε, οι κινητήρες διέφεραν σημαντικά, μιας και οι διαφορετικές ιδιότητες των δύο καυσίμων απαιτούν τελείως διαφορετική σχεδίαση του συστήματος καύσης.
Τεχνολογία που εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες και των δύο καυσίμων
Πριν από μερικά χρόνια όμως επιστήμονες σε πανεπιστήμιο των ΗΠΑ σχεδίασαν έναν κινητήρα που μπορούσε να λειτουργήσει καίγοντας ταυτόχρονα και τα δύο καύσιμα. Μάλιστα το αποτέλεσμα ήταν κάτι παραπάνω από εντυπωσιακό, καθώς ο συγκεκριμένος κινητήρας ήταν απροσδόκητα αποδοτικός και με χαμηλότερους ρύπους.
Οι κινητήρες που λειτουργούν με βενζίνη και diesel ονομάζονται RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) και λειτουργεί συνδυάζοντας ένα καύσιμο χαμηλής αντιδραστικότητας (όπως η βενζίνη, ή το φυσικό αέριο) και ένα υψηλής (όπως το diesel). Η βενζίνη εισάγεται μαζί με τον αέρα, ενώ το diesel ψεκάζεται σε φάσεις κατά τη συμπίεση. Το diesel αναφλέγεται πρώτο λόγω υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης πυροδοτώντας σταδιακά το υπόλοιπο μείγμα.
Χαμηλότερη κατανάλωση και ρύποι
Η συγκεκριμένη τεχνολογία δοκιμάστηκε τόσο σε έναν μονοκύλινδρο κινητήρα 2,5 λίτρων, όσο και σε έναν 4κύλινδρο 1,9 λίτρων, ώστε να φανεί αν μπορεί να λειτουργήσει τόσο σε όχημα εργασίας όσο και σε επιβατικό. Το βασικό πλεονέκτημα αυτού του τύπου κινητήρα είναι η πολύ υψηλότερη θερμική απόδοση σε σχέση με έναν συμβατικό κινητήρα, η οποία μπορεί να φτάσει έως το 56%, όταν σε έναν μέσο βενζινοκινητήρα αυτή βρίσκεται περίπου στο 35%. Αυτό επιτυγχάνεται καθώς μπορεί να φτωχύνει σημαντικά το μείγμα σε χαμηλές στροφές χωρίς πρόβλημα, πετυχαίνοντας χαμηλότερη κατανάλωση. Παράλληλα, παράγουν σημαντικά λιγότερους ρύπους (τόσο από τη βενζίνη όσο και το diesel) λόγω της ταυτόχρονης και άρα «ψυχρότερης» καύσης, πιάνοντας μάλιστα τα όρια ρύπων Euro5 χωρίς τη χρήση φίλτρων συγκράτησης μικροσωματιδίων.
Ωστόσο, οι λάτρεις της ιδέας θα πρέπει να κάνουν υπομονή, καθώς η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα σε πειραματικό στάδιο και δεν έχει εξελιχθεί τόσο ώστε να τη δούμε σε μαζική παραγωγή. Πηγή:Γιάννης Σκανδάλης | Θανάσης Δαμαλίτης-autotriti.gr
Ο εξαιρετικά αποδοτικός κινητήρας χρησιμοποιεί αέριο και πετρέλαιο - RCCI
Η ανθρωπότητα δεν έχει προχωρήσει ούτε ένα βήμα μπροστά, από την στιγμή που υπάρχει έστω και ένα παιδί που υποφέρει. Άλμπερτ Αϊνστάιν
Μου εκανε εντύπωση το Post και μου κίνησε την περιέργεια σε βαθμό να το ψάξω περαιτέρω.
Το RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition)
λοιπόν είναι μια προηγμένη τεχνολογία καύσης για εμβολοφόρους κινητήρες εσωτερικής καύσης, που συνδυάζει χαρακτηριστικά από κινητήρες Otto (βενζίνης) και Diesel (πετρελαίου).
Σε αντίθεση με έναν συμβατικό κινητήρα Diesel, όπου η ανάφλεξη γίνεται από την συμπίεση του καυσίμου, ή με έναν βενζινοκινητήρα, όπου γίνεται από σπινθήρα, το RCCI ελέγχει τον χρόνο και τον ρυθμό καύσης, αλλάζοντας αδιαλείπτως, την αναλογία και την αντιδραστικότητα του μείγματος αέρα-καυσίμου.
Η Βασική Αρχή Λειτουργίας
Το RCCI χρησιμοποιεί δύο διαφορετικά καύσιμα με διαφορετική “αντιδραστικότητα” (ικανότητα να αναφλέγονται υπό συμπίεση).
Από την μία ενα καύσιμο χαμηλής αντιδραστικότητας (βλ. βενζίνη, E85), το οποίο ψεκάζεται στην εισαγωγή (intake port) σχηματίζοντας ένα ομοιογενές μίγμα, με τον αέρα ΠΡΙΝ εισέλθει στον κύλινδρο.
Και από την άλλη ενα καύσιμο υψηλής αντιδραστικότητας (Ντίζελ) το οποίο ψεκάζεται απευθείας στον κύλινδρο (direct injection) σε μία ή περισσότερες δόσεις, αργά ή νωρίς κατά τη διάρκεια της συμπίεσης.
Ο Κύκλος Λειτουργίας βήμα βήμα
- Κατά τη συμπίεση, το ομοιογενές μίγμα αέρα-βενζίνης συμπιέζεται.
- Η έγχυση του ντίζελ δημιουργεί τοπικούς "θύλακες" υψηλής αντιδραστικότητας μέσα στο φτωχό, ομοιογενές μίγμα (βενζίνης - αέρα).
- Καθώς το έμβολο ανεβαίνει, η πίεση και η θερμοκρασία αυξάνονται. Οι θύλακες του ντίζελ αναφλέγονται πρώτοι λόγω της υψηλής τους αντιδραστικότητας.
- Η ενέργεια από αυτές τις τοπικές, ελεγχόμενες αναφλέξεις πυροδοτεί σταδιακά και ομαλά το υπόλοιπο ομοιογενές μίγμα βενζίνης, χωρίς να υπάρχει μια ενιαία, απότομη μετωπική ανάφλεξη.
Τα Βασικά Πλεονεκτήματα
Το RCCI παρουσιάζει εντυπωσιακά πλεονεκτήματα και επινοήθηκε για να ξεπεράσει τα μειονεκτήματα άλλων τεχνολογιών όπως τα HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)!
Υψηλή Απόδοση:
Επιτυγχάνει θερμική απόδοση συγκρίσιμη ή και υψηλότερη από τους καλύτερους κινητήρες Diesel (πάνω από 50% σε πειραματικές μονάδες), λόγω του υψηλού λόγου συμπίεσης και στραγγαλισμό της εισαγωγής (throttling).
Πολύ χαμηλά NOx (οξείδια του Αζώτου):
Η ομοιογενής και αραιή καύση γίνεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες φλόγας, γεγονός που μειώνει δραστικά τον σχηματισμό οξειδίων του αζώτου (NOx) – κατά 90-99% σε σχέση με Diesel.
Πολύ χαμηλά αιθάλη (PM):
Επειδή το καύσιμο υψηλής αντιδραστικότητας (ντίζελ) ψεκάζεται νωρίς ή σε χαμηλή πίεση, δεν δημιουργούνται οι πλούσιες περιοχές (υψηλή αναλογία καυσίμου-αέρα) που παράγουν αιθάλη. Το ομοιογενές μίγμα καίγεται πλήρως.
Έλεγχος του ρυθμού ανάπτυξης πίεσης:
Μεταβάλλοντας την αναλογία βενζίνης/ντίζελ, τον χρονισμό (timing) της έγχυσης του ντίζελ και την ελεγχόμενη ανακύκλωση αερίων (EGR Exhaust Gas Recirculation), μπορεί κανείς να "προγραμματίσει" την εξέλιξη της καύσης, αποφεύγοντας τον θόρυβο και τις μηχανικές τάσεις.
Προκλήσεις και Εμπόδια
Ωστόσο όσο εντυπωσιακά και αν είναι τα πλεονεκτήματα του, το RCCI, πρακτικά παρουσιάζει σημαντικά εμπόδια και προβλήματα στην μαζική εφαρμογή της τεχνολογίας.
Δύο συστήματα καυσίμου:
Χρειάζεται περίπλοκο σύστημα τροφοδοσίας με διπλό σύστημα ψεκασμού (PFI + DI), ξεχωριστά ρεζερβουάρ, αντλίες υψηλής πίεσης και μπεκ έμμεσου και άμεσου ψεκασμού. Κάτι που αυξάνει κόστος και βάρος σημαντικά.
Στενό εύρος λειτουργίας:
Λειτουργεί άριστα σε μεσαία φορτία και στροφές. Ωστόσο σε χαμηλά φορτία (ρελαντί, κρύο ξεκίνημα) δυσκολεύει να σταθεροποιήσει την καύση, ενώ σε υψηλά φορτία, ο ρυθμός ανόδου της πίεσης γίνεται πολύ απότομος, με κίνδυνο να καταστρέψει τον κινητήρα (knocking).
Έλεγχος και βαθμονόμηση:
Απαιτεί εξαιρετικά πολύπλοκους αλγόριθμους στην μονάδα ελέγχου (ECU Engine Control Unit) και αισθητήρες, για να ρυθμίζει την αναλογία καυσίμων και τον χρόνο ψεκασμού, σε πραγματικό χρόνο, με βάση το φορτίο, τις στροφές και τις συνθήκες.
Εκπομπές HC & CO:
Παράγει υψηλότερες εκπομπές άκαυστων υδρογονανθράκων (HC) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO) από έναν κινητήρα Diesel σε χαμηλά φορτία, λόγω της ομοιογενούς αραιής καύσης και απαιτείται εξελιγμένος καταλύτης οξείδωσης.
Χειρισμός δύο καυσίμων στην πράξη:
Η ανάγκη για δύο διαφορετικά καύσιμα (π.χ. βενζίνη και ντίζελ) είναι ίσως το μεγαλύτερο πρακτικό μειονέκτημα για την εφαρμογή σε αυτοκίνητα, καθώς ο οδηγός θα έπρεπε να γεμίζει δύο ρεζερβουάρ.
Το RCCI βρίσκεται κυρίως στο ερευνητικό και πειραματικό στάδιο (σε πανεπιστήμια, εργαστήρια όπως το Sandia National Labs, και στα κέντρα έρευνας μεγάλων κατασκευαστών όπως Cummins, Volvo, General Electric).
Λόγω της πολυπλοκότητας, ενδείκνυται περισσότερο για σταθερές εφαρμογές (γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας, πλοία, φορτηγά τρένα) ή για υβριδικά συστήματα βαρέων οχημάτων, όπου ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί σε ένα στενό βέλτιστο φόρτο εργασίας.
Προσφέρει ταυτόχρονα την απόδοση του Diesel με τις καθαρές εκπομπές ενός βενζινοκινητήρα, χωρίς τις αυστηρές απαιτήσεις επεξεργασίας καυσαερίων όπως SCR (Selective Catalytic Reduction) και DPF (Diesel Particulate Filter), αλλά με το κόστος και την πολυπλοκότητα ενός υβριδικού συστήματος δύο καυσίμων.
Εν ολίγοις, το RCCI είναι μια πολλά υποσχόμενη "επαναστατική" τεχνολογία για το μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης, ιδίως για βαριές χρήσεις, αλλά σήμερα απέχει από τη μαζική παραγωγή λόγω της πολυπλοκότητας του συστήματος και του κόστους.
