mazda skyactiveXSpaľovacie motory patria medzi najviac využívané druhy pohonov automobilov vďaka ich spoľahlivosti a vysokému dojazdu. Sprísňujúce emisné normy nútia výrobcov spaľovacích motorov upravovať ich konštrukciu, aj samotný princíp spaľovania. Takým spaľovacím motorom je motor, ktorý využíva technológiu spaľovania SPCCI (Spark Controlled Compression Ignition).

Technológia SPCCI spája výhody vznetových a zážihových motorov, pričom dokáže niekoľkonásobne znížiť vyprodukované emisie spaľovacím motorom.

Princíp technológie SPCCI
Technológia motora SPCCI pozostáva z troch hlavných technológií: Samotná technológia SPCCI, technológie spaľovania a technológie prepínania druhov spaľovania (obr. 1).

Obr 1 SI a HCCI spaľovanie SI
Obr. 1: SI a HCCI spaľovanie, SI: Zážihové zapálenie, šírenie plameňa pomocou zapaľovacej sviečky, pomer vzduchu a paliva = normálny ; CI: Vznetové zapálenie, zapálenie homogénnej zmesi, pomer vzduchu a paliva = chudobná zmes

SPCCI technológia používa zapaľovanie iskrou (SI) sprostredkované zapaľovacou sviečkou vytvárajúc rozpínajúcu ohnivú guľu. Pri zapálení zmesi sviečkou vznikne rozpínajúca sa ohnivá guľa (sférický plameň) s vlastnosťami vzduchového piestu, ktorý dodatočne stláča veľmi chudobnú zmes paliva s úrovňou kompresie 1 000 stupňov (K), čo zapríčiní vznetové zapálenie (CI). Cieľom je dosiahnutie HCCI spaľovania, ktoré je riadené časovaním iskry pre kompresné zapaľovanie (obr. 2).

Obr. 2 Technológia SPCCI
Obr. 2: Technológia SPCCI

Ak je spaľovanie CI náročné z dôvodu prevádzkových podmienok (zmena atmosférického tlaku, ktorá závisí od nadmorskej výšky alebo so zmenami počasia) alebo spaľovania vysoko oktánového paliva, dôjde k prepnutiu na technológiu spaľovania SI. V podmienkach prevádzkovania motora, keď je ľahšie dosiahnuteľné CI spaľovanie, technológia SPCCI oneskoruje spaľovanie CI a aj kompresiu nespáleného plynu. Inými slovami, SI časovanie je riadené na dosiahnutie optimálneho CI spaľovania.

Riadenie časovanie SI možno dosiahnuť spätnoväzbovým riadením snímača tlaku vo valci. Príkladom môže byť nárast teploty vzduchu zo 120 °C na 156 °C keď časovanie CI požadované na optimálne spaľovanie sa nemení, zostáva konštantné, pričom časovanie SI požaduje zmenu uhlu kľukového hriadeľa pred dosiahnutím hornej úvrate z 26° na 16° na dosiahnutie optimálneho spaľovania. Ovládanie spätnej väzby časovania SI pomocou snímača tlaku vo valci poskytuje presnú kontrolu časovania CI. Technológia SPCCI rozšírila rozsah priebeh spaľovania HCCI na dosiahnutie robustnejšieho spaľovania, čo zabezpečilo komerčnú aplikáciu technológie spaľovania HCCI (obr. 3).

Obr. 3 Spaľovanie stratifikovanej vsádzky
Obr. 3: Spaľovanie stratifikovanej vsádzky

Na dosiahnutie dobrej spotreby paliva a súčasne vysokého výkonu motora je spaľovanie rozdelené na dve oblasti: oblasť riadená spaľovaním CI a oblasť riadená spaľovaním SI. Prepínanie typov spaľovaní je kľúčovým prvkom technickej koncepcie SPCCI motora (obr. 4, 5).

Obr 4 Prepínanie medzi oblasťami spaľovania CI a SI
Obr. 4: Prepínanie medzi oblasťami spaľovania CI a SI

Záver

Spaľovacie motory využívajúce technológiu SPCCI predstavujú budúcnosť spaľovacích motorov vo všeobecnosti, keďže pri relatívne vysokom výkone produkujú nízke emisie oxidov dusíka NOx. Technológia SPCCI sa pomaly pretláča do konvenčných automobilov. Príkladom výrobcu automobilov, ktorý sa usiluje túto technológiu presadiť je Mazda Motor Corporation. Technológia je stále v procese testovania, ale možno ju očakávať v nových modeloch automobilov.

Obr 5 Zážihové spaľovanie
Obr. 5: Zážihové spaľovanie

Použitá literatúra

[ 1] SALVADOR M. ACEVES, DANIEL L. FLOWERS, JOEL MARTINEZ-FRIAS and J.RAY SMITH, ROBERT DIBBLE, MICHAEL AU and JAMES GIRARD HCCI Combustion: Analysis and Experiments. 2001, ISSN 0148-7191
[2] TARBAJOVSKÝ, P.: Návrh konštrukčného riešenia spaľovacieho motora pre aplikáciu SCCI technológie, Strojárstvo 2021, p. 59-63
[3] Mazda‘s next-generation SKYACTIV-X gasoline engine technology [online] December 2017, [cit. 2021-05-09]. Dostupné na internete: <https://www.marklines.com/en/report_all/rep1651_201712>

Prácu podporila Agentúra na podporu výskumu a vývoja na základe Zmluvy č. APVV-19-0328. Príspevok vznikol s podporou projektov: VEGA 1/0318/21 „Výskum a vývoj inovácií pre efektívnejšie využitie obnoviteľných zdrojov energie a znižovanie uhlíkovej stopy vozidiel.“ a KEGA 006TUKE-4/2020 „Implementácia poznatkov z výskumu zameraného na redukciu emisií motorových vozidiel do edukačného procesu“.

text/foto Pavol Tarbajovský, Michal Puškár