روش منحصر به فرد مزدا برای تغییر عملکرد موتور درون سوز

جرقه کنترل شده به وسیله متراکم سازی که به صورت اختصاری (SPCCI) خوانده می شود، یکی از مبهم ترین مفاهیم در زمینه مشتعل کردن سوخت از زمان نیکولاس اتو در 150 سال پیش است. اما دلیل این ابهام چیست؟ مشتعل کردن بنزین به همان صورت موتورهای گازوئیلی (دیزلی) بدون استفاده از جرقه یکی از مسائل بوده که مهندسان برای سالیان سال به دنبال آن بوده اند.

برای رسیدن به این مهم اسم های مختلفی توسط خودروسازان بزرگ مطرح شده است. اما احتمالا این مفهوم را سیستم HCCI یا جرقه کنترل شده به صورت فشرده سازی همگن به بهترین شکل و به خوبی شرح می دهد. این سیستم در حال حاضر در موتورهای Skyactive-X شرکت مزدا با نام SPCCI استفاده می شود. فن آوری که مزدا سالیان سال روی آن تاکید داشته و آن را تکمیل کرده است.

در سیستم HCCI، سوخت همگن شده در محفظه احتراق با کمک یک سیستم فشرده ساز هوای اضافی، مشتعل می شود. در واقع زمانی که شما هوا را به اندازه کافی فشرده و متراکم کنید هوا داغ تر می شود (همانند زمانی که سعی می کنید با انگشت شست خود جلوی خروج هوا از تلمبه دوچرخه را بگیرید).

این دقیقا همان حالتی است که در موتورهای دیزلی احتراق داخلی صورت می گیرد. به همین دلیل موتورهای دیزلی نسبت تراکم هوا به سوخت بسیار بالاتری در مقایسه با موتورهای بنزین سوز دارند و شرکت های خودروسازی به دنبال ترکیب فن آوری موتورهای دیزلی و بنزینی و تعریف مفهوم HCCI هستند.

اما دلیل این همه سال تلاش برای رسیدن به این فن آوری چیست و چه مزیتی به نسبت مشتعل کردن عادی سوخت به وسیله شمع دارد؟ شما زمانی که سوخت را به وسیله HCCI می سوزانید. سوخت به طور کامل در تمام محفظه احتراق مشتعل می شود.

در موتور خودرو های بنزین سوز، سوخت هم زمان با اسپری شدن در محفظه سوخت، در قسمت جلوی شمع مشتعل می شود. مزیت HCCI این است که نه تنها سوخت کنترل شده تر می سوزد بلکه باعث کاهش گازهای سمی همچون Co2 و Nox (اکسید نیتروژن) و در نتیجه آلودگی کمتر محیط زیست می شود.

در سال 2001 میلادی، مهندسان شرکت لوتوس مشغول به طراحی و توسعه سیستمی بودند که سوخت به وسیله گازهای خروجی داغ پس از احتراق مجددا به محفظه احتراق تزریق شود.

شرکت ریکاردو نیز که در حال حاضر تمامی موتورهای محصولات شرکت مک لارن را تولید می کند دست به تحقیقاتی در این زمینه زده بود. در سال 2007 شرکت فولکس واگن در موتورهای FSI خود طرح اولیه ای همانند شرکت لوتوس با استفاده از بازگشت مجدد گازهای داغ پس از احتراق (EGR) را برای مشتعل کردن سوخت در محفظه احتراق مطرح کرده بود.

HCCI نیز از گازهای داغ خروجی پس از احتراق استفاده می کند اما تنها در زمانی توانایی این کار را دارد که موتور تحت فشار زیاد نباشد. به این دلیل که به همان نسبت مجبور است از سوخت اضافی همانند موتورهای معمول بنزین سوز استفاده کند، برای روشن کردن موتور خودرو و در زمان تخته کردن پدال گاز نیز باید از شمع برای اشتعال سوخت کمک بگیرد اما پس از آن، موتور خودرو می تواند در حالت HCCI و بدون استفاده از شمع، سوخت را در محفظه احتراق مشتعل کند. اما رسیدن و تغییر حالت بین این دو بسیار دشوار است.

سیستم SPCCI از آن جا که همچنان از شمع برای جرقه زدن استفاده می کند، در نگاه اول یک تقلب آشکار به حساب می آید اما تفاوت در این است که شمع تنها یک بخش کوچک از سوخت غنی شده که به طور مستقیم در اطراف شمع قرار دارد را مشتعل می کند و باقی محفظه به طور کامل توسط سیستم فشرده ساز مشتعل شده و حالت خودسوزی در موتورهای دیزلی اتفاق خواهد افتاد. زمانی که شمع جرقه می زند باعث انفجار می شود و این موضوع به خودی خود باعث سوختن باقی سوخت در محفظه احتراق خواهد شد.

در موتورهای بنزین سوز نسبت سوخت به هوا در سوخت کامل معادل 14.6:1 است. این نسبت بدین معنی است که 14.6 درصد از هوا در برابر یک واحد سوخت قرار دارد. موتورهای Skyactive-X دارای یک سوپرشارژر در بخش جلویی موتور خودرو هستند که برای تهیه هوای اضافی و رسیدن به سوخت کامل به هوای بسیار بیشتری یعنی 29.4:1 احتیاج دارند.