Homogene Kompressionszündung

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Homogene Kompressionszündung (engl.: Homogeneous Charge Compression Ignition Abgekürzt: HCCI, oder Controlled Auto Ignition, abgekürzt CAI) bezeichnet das Konzept für einen Motor, bei dem die Verbrennung eines homogenen Gemisches gleichzeitig im gesamten Brennraum beginnt. Primäres Ziel dieser Entwicklung ist die Senkung des Schadstoffausstoßes.

[Bearbeiten] Beschreibung

Der HCCI-Motor arbeitet mit einem homogen (gleichmäßig) verteilten Gemisch aus Kraftstoff und Luft. Die Zündung wird dabei durch die bei der Verdichtung steigende Temperatur und gegebenenfalls im Brennraum verbleibenden Radikale ausgelöst. Anders als beim konventionellen Ottomotor ist diese Selbstzündung durchaus erwünscht und Grundlage des Prinzips, weshalb eine Zündkerze im HCCI-Betrieb nicht benötigt wird. Außerhalb des Teillastbereiches wird eine Zündkerze benötigt.

Mit Diesel-Kraftstoff angetriebene Motoren, die mit dem HCCI-Verfahren arbeiten, laufen im Warmlauf, Leerlauf und bei Volllast im konventionellen Diesel-Betrieb und im Teillastbereich nach dem HCCI-Verfahren. Allerdings ist der HCCI-Betrieb mit Dieselkraftstoff schwerer zu erreichen als mit Benzin.

Im HCCI-Motor soll die Ladungzusammensetzung so gleichmäßig sein, dass die Verbrennung im gesamten Brennraum gleichzeitig beginnt. Die Regelung dieses Vorganges kann durch mehrere Motorparameter erfolgen. Unbedingt zu vermeiden ist eine unkontrollierte Verbrennung, weil dies zu einer klopfenden Verbrennung mit einem hohen Druckgradienten führt. Dies ist akustisch störend und zerstört den Motor. Zur Leistungsregelung und zur Reduzierung der Verbrennungsgeschwindigkeit kann eine innere oder äußere Abgasrückführung eingesetzt werden. Durch die verwendete Abgasrückführung kann im HCCI-Betrieb weniger Leistung abgegeben werden als im konventionellen Betrieb. Daher wird im Volllastbereich auf konventionellen Betrieb umgeschaltet.

Schadstoffen wie NOx und Rußpartikel lassen sich durch die homogene Kompressionszündung fast vollständig innermotorisch vermeiden. Daher kann man gegebenenfalls auf Abgasnachbehandlungssysteme verzichten. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad erhöht. Die Emissionen von Kohlenstoffmonoxid und unverbrannter Kohlenwasserstoffe lassen sich jedoch nicht vermeiden und sind erhöht.

Das Kompressionsverhältnis ist dabei stets ein Kompromiss und vom Kraftstoff sowie dem gewählten Betriebspunkt abhängig. Der ideale Kraftstoff für den HCCI-Betrieb weicht von den bisher gehandelten Kraftstoffen ab. Jedoch besteht die Möglichkeit die bisherigen Kraftstoffe entweder zu mischen (Benzin+Diesel) oder Additive zu verwenden.

[Bearbeiten] Forschung

Weltweit sind viele Firmen und Universitäten dabei, die Möglichkeiten eines Motors mit homogener Kompressionszündung zu erforschen. Ziel ist die Vergrößerung des Betriebsbereiches der homogenen Kompressionszündung sowie Verbesserungen der Leistungsregelung, der Emmisionsverminderung und des Fahrkomforts.

[Bearbeiten] Serieneinsatz

Honda verwendet für Zweitakt-Motoren ein Activated Radical Combustion genanntes Homogenes Kompressionszündung-Verfahren, das im Teillastbereich das Gemisch ohne Fremdzündung zündet. Dies wird durch eine Auslassteuerung erreicht die als wesentliches Sensorelement einen Klopfsensor besitzt.

[Bearbeiten] Historisches

Als der erste HCCI-Motor gilt, einmal von den Selbstzünder Modellmotoren abgesehen, der Lohmann-Hilfsmotor von 1949. Hier wurde der HCCI-Betrieb über eine variable Verdichtung erreicht.