SEGUICI SU:

DELLO STESSO AUTORE

INSTAGRAM

CORRELATI

HCCi: Un fantastico “incrocio” tra Motore Benzina e Diesel

Dopo aver parlato in un nostro precedente articolo della tecnologia SkyActiv adottata sui propulsori Mazda, oggi ci occuperemo della sua diretta evoluzione: L’HCCi.
Ecco a voi il link dell’articolo di cui è vivamente consigliata la lettura:
==> https://vehicle.closeupengineering.it/skyactiv-technology-mazda

skyactiv
statics.quattroruote.it

HCCi sta per Homogeneous Charge Compression ignition, quindi capiamo bene che il suo fine è quello di omogeneizzare la fase di compressione della miscela.

Mazda è una delle poche case costruttrici a non aver fatto ancora il suo “ingresso” nel sofisticato mondo Hybrid/Electric. Non a caso, il ritardo ha spinto verso un netto miglioramento legato al mondo propulsivo a benzina. SkyActiv è il propulsore a Ciclo Otto con più alto rapporto di compressione al mondo, nonché basso indice consumo/emissioni.

Mazda quindi ha “rinunciato” momentaneamente all’ibrido e alla soluzione Diesel legata all’Optimizing del trattamento di gas di scarico. Ciò ha portato all’ HCCi.

Da dove nasce?

Nella scorsa stagione Formula1, la tecnologia HCCi è stata utilizzata da Mercedes e Ferrari, inglobandola nelle loro potentissime Power Unit. Il perché? Scopriamolo descrivendo le caratteristiche tecniche e fornendo una spiegazione scientifica.

Un vero incrocio tra due tipologie di motori completamente differenti?

Ebbene sì. Questa nuova tecnologia combina l’accensione per compressione, spontanea, dei motori a Ciclo Diesel con quella comandata, mediante candele, di un motore a Ciclo Otto (benzina). Sembrerebbe un controsenso, però è esattamente questo.

Non a caso, con tale tecnologia, le storiche ed usuali candele non esistono più! Segno di un evidente “matrimonio” tra le due tipologie di motori a combustione interna più diffuse.

HCCi
Autosupermarket.it

Come si differenzia la combustione?

Notare come si evolve la fase di combustione nel motore a Ciclo Otto (Spark Ignition).

Spark Ignition
appuntidigitali.it

Motore Ciclo Diesel (Compression Ignition):

Compression ignition
appuntidigitali.it

Ed infine la combustione in HCCi:

HCCI combustion
appuntidigitali.it

Come funziona?

L’idea di Mazda si basa sulla rimozione delle candele, come riuscirà, quindi, il propulsore ad indurre l’accensione della carica fresca? L’HCCi sfrutta il processo di combustione con accensione della carica a composizione omogenea tramite una pre-compressione.
Tale tecnologia per funzionare correttamente ha bisogno necessariamente di una carica ben miscelata. Sono minimizzate al massimo le perdite per parzializzazione ai carichi parziali, nella fase di aspirazione tramite condotte in pressione; le cosiddette perdite di pompaggio.

HCCi techology
Autosupermarket.it

Necessita inoltre di alti valori di rapporto di compressione, tipici però dei motori a Ciclo Diesel. Nessun problema per Mazda, il quale ha sviluppato appositamente la tecnologia SkyActiv: Propulsori a Benzina col più alto valore di rapporto di compressione.

Perché fondamentale l’elevato rapporto di compressione? Semplice, per via di un fenomeno dannoso: il Misfire (o Misfiring).

Quest’ultimo consiste, per definizione, in una dispersione di corrente sui depositi carboniosi accumulati sulla candela stessa per via di una mancata combustione. Lo scarico degli idrocarburi sviluppati comporta funzionamento irregolare e maggior inquinamento atmosferico, il quale va contro alla mentalità di casa Mazda. L’innovazione proposta ha un suo peso, tuttavia c’è bisogno di lavorare sui problemi legati alla combustione disomogenea al di fuori del Range di lavoro (carico) della combustione HCCi.

Pregi della tecnologia HCCi (Diesotto)?

Con la tecnologia HCCi la fase di combustione subisce un incremento di circa 43-45% rispetto ai convenzionali propulsori Benzina. E del ben 15% più elevato degli oramai “vecchi e superati” V8 della FormulaUno.

Ma cosa accade precisamente?

Engine HCCi
autosupermarket.it

 

La combustione HCCi classica, ad oggi, va ad omogeneizzare, nonché velocizzare, la fase di combustione del ciclo adottato dai propulsori a benzina. La trasformazione termodinamica è così rapida da poter esser considerata a volume costante (esagerazione fatta nel Ciclo Otto semplice). Tale considerazione implica una minor energia chimica di reazione dissipata, rispetto ad un propulsore convenzionale.
Vantaggi li ritroviamo sia in termini di consumo netto specifico di carburante, nonché caratterizzazione di una miscela molto magra (entro certi limiti), ossia ricca di comburente (aria) rispetto al carburante (benzina). L’aumento d’aria in miscela consente, come ho appena detto, minor consumi e aumento del rendimento termico.

In questo modo la combustione coinvolge, nella sua totalità, la miscela: senza realizzarsi mediante la propagazione del fronte di fiamma (Motore Benzina) o una combustione di tipo diffusivo (Propulsori Diesel). A carichi parziali e velocità costanti, si sfrutta l’autoaccensione della carica per via dell’alta temperatura e pressione in camera di combustione. All’aumentare del carico, in fase di partenza o brusche accelerazioni c’è bisogno dell’accensione comandata del Benzina: aumento carica fresca in camera e di conseguenza del carburante a seguito di una diminuzione (in proporzione) di comburente.

A parità di potenza erogata e cubatura del propulsore è abbastanza evidente come sia possibile il risparmio di carburante ridotto del 30%, secondo i tecnici della casa Nipponica. La Mazda è stata la prima ad adottare tale tecnologia su automobili di serie. I dati sono positivi e incoraggianti, spingendo numerose case automobilistiche ad incuriosirsi.

 

HCCi
wikipedia.org

Difetti invece?..

Innanzitutto la difficoltà nel gestire la combustione rispetto ad un motore a combustione interna a ciclo Otto: Accensione comandata mediante Gruppo Spinterogeno. Questa mancata facilità nella gestione dipende essenzialmente dalla cinetica chimica che governa la reazione di combustione in ogni punto della camera di combustione.

Infine, la potenza massima ottenibile è limitata dalle forti pressioni generate nella combustione, in quanto lo “scoppio” avviene con una pre-compressione che va ad aumentare i valori di pressione.

La combustione “istantanea” che avviene nella miscela è in grado di generare picchi di pressione e sollecitazioni (meccaniche) che a lungo andare risulterebbero essere difficilmente sopportabili, al di sopra di carichi medio-bassi.
L’aumento del valore di pressione nel ciclo termodinamico rappresenta, nei propulsori convenzionali, la condizione sufficiente per la “detonazione“. Come potrete benissimo capire dall’articolo appena linkato, la detonazione è un fenomeno dannosissimo per l’integrità energetica e strutturale di un motore.

Per queste motivazioni l’utilizzo di questa accensione di tipo “spontanea” in un propulsore Benzina, interessa solo carichi (intesi come potenza e lavoro richiesti) bassi/medio-bassi e medi. Risulta particolarmente efficiente ai carichi parziali, vale a dire a velocità di combustione costante.

Omogenizzazione di carica:

Simulation GIF - Find & Share on GIPHY

Da dove nasce veramente l’HCCi?

La tecnologia HCCI sfrutta essenzialmente i vantaggi presentati da un’altra interessante tecnologia brevettata dall’Azienda Mahle: la “Jet Ignition“.
Tale tecnologia sfrutta una pre-camera esterna alla camera di combustione stessa, la quale accende “per temperatura“, mediante candela, la carica fresca. L’accensione, a differenza dell’HCCi, avviene quindi per via di un aumento della temperatura e non della pressione.

Perché sceglierlo?

I propulsori Diesel presentano rendimenti termici più elevati ai carichi parziali e minor consumo. Essi però garantiscono emissioni sensibilmente elevate (tra qualche anno non esisteranno più).

I propulsori “Benzina” soffrono dal punto di vista del rendimento termico che crolla ai carichi parziali, tuttavia garantiscono maggiori rapporti di compressione e minori emissioni.

Risulta evidente il perché l’HCCi, ponendosi in mezzo alle due soluzioni, risulta essere (sotto certi punti di vista) efficiente.

Dove vedremo applicato l’HCCi?

Mazda annuncia l’HCCi a partire dal 2018 sulla nuova compatta 5 porte Mazda3. Tutti i modelli di gamma entro la fine del 2018 dovrebbero, salvo complicazioni e imprevisti, debuttare sul mercato con l’innovativa tecnlogia SkyActiv HCCi.
Nel 2019 vedremo le prime elettriche di serie e nel 2021 le prime Ibride Plug-in.HCCi

CUE FACT CHECKING

Grazie per essere arrivato fin qui

Per garantire lo standard di informazione che amiamo abbiamo dato la possibilità ai nostri lettori di sostenerci, dando la possibilità di:
- leggere tutti gli articoli del network (10 siti) SENZA banner pubblicitari
- proporre ai nostri team le TEMATICHE da analizzare negli articoli

5 COMMENTI

  1. Onestamente non si capisce bene:
    1- che combustibile si usi
    2- dove avviene questa precompressione che precede la combustione menzionata ogni tanto nell’articolo
    3- mi è sembrato di capire che alla fine si tratti di un motore a combustione solo spontanea, diverso ad esempio dal “diesotto”

  2. Salve Gentile lettore, la ringrazio per la domanda.
    Nell’articolo si menziona la tecnologia applicata a motori a Ciclo Otto, quindi chiaramente il carburante utilizzato è benzina.
    La tecnologia HCCi è molto vasta. Il principio di funzionamento è identico, vale a dire: aumento di compressione e accensione “spontanea” della carica fresca.
    Nel caso di HCCi con camera di pre-compressione abbiamo una piccolissima camera di combustione secondaria a monte della camera principale. In questa camera secondaria viene compressa spontaneamente una piccola quantità di miscela al fine di aumentare la compressione e il rendimento nella fase effettiva di combustione. Esempio è la tecnologia di Mahle.
    Il Diesotto sfrutta la tecnologia HCCi, con un’altra sfaccettatura molto interessante. A carichi parziali richiesti dal propulsore, l’accensione della carica avviene spontaneamente grazie a un aumento del rapporto di compressione. Come lo si ottiene? Alzando meccanicamente, con un attuatore elettro-meccanico o puramente meccanico, l’asse dell’albero motore. Aumenta l’altezza del PMS, la camera di combustione riduce il suo volume e il rapporto di compressione aumenta.
    Il funzionamento è per certi versi identico al motore a “compressione variabile” brevettato da Infiniti.
    Le allego il link dell’articolo a riguardo:
    ==> https://vehicle.closeupengineering.it/primo-motore-a-compressione-variabile-infiniti-vc-t/9831/

    Spero di esser stato chiaro e aver risposto alla sua domanda. Saluti.
    A.

  3. una domanda. Il motore mazda hcci quindi funziona per detonazione? L’unica differenza con un motore convenzionale che incorre nel pericoloso problema della detonazione é che questa avviene nel tempo giusto quando il pistone ha raggiuntoil PMS?
    Ciao grazie

    • Salve Gentile lettore, la ringrazio per la sua domanda e mi scuso del ritardo.
      Innanzitutto, ho aggiunto nuovo materiale (pic simulative della fase di combustione) e ulteriori paragrafi per migliorare e, soprattutto, chiarire le aspettative su questa tecnologia.
      Andiamo al dunque: parlare di funzionamento per detonazione è errato, in quanto la detonazione, per definizione, è un fenomeno dannoso di interferenza.
      Tale fenomeno si sviluppa per via di un aumento irregolare di temperatura, auto-accensione prematura, aumento pressione, depositi carboniosi in camera di combustione, temperature raggiunte prematuramente rispetto alla zona del “fronte di fiamma” e tante altre interessanti ragioni.
      Puoi trovare la spiegazione approfondita in questo mio articolo:
      ==> https://vehicle.closeupengineering.it/detonazione-cose-e-cosa-implica/9905/

      Il motore con tecnologia HCCi funziona sfruttando propulsori a Ciclo Otto ad alto rapporto di compressione (altra tecnologia Mazda https://vehicle.closeupengineering.it/skyactiv-technology-mazda-rivoluziona-concetto-del-motore-benzina/9899/).
      L’alto rapporto è in grado di omogenizzare la fase di combustione, ottimizzando il rendimento. Raggiunto il PMS avviene solo una combustione per compressione (come nei motori a Ciclo Diesel), il tutto favorito da una carica fresca/d’aspirazione ben miscelata così da ottimizzare questa fase.
      Se volessimo parlare di differenze con i propulsori convenzionali, allora potremmo parlare della riduzione dei consumi e delle emissioni, dell’assenza di candele/gruppo spinterogeno (in realtà ci sono e vengono utilizzate sono in condizioni di carichi non parziali, rapide variazioni di velocità o carichi elevati di funzionamento).
      Quindi per intenderci:
      A velocità di combustione costante (carichi parziali) il propulsore lavora per Accensione spontanea (Diesel), grazie a un propulsore caratterizzato da un alto rapporto di compressione (Mot. Benzina) e che sviluppa la fase di Combusione in modo omogeneo (senza propagazione del “fronte di fiamma”), con miscela omogenea e ricca d’aria (aumentando, a parità di cubatura del motore, il riempimento in camera).

      L’HCCi è innovativo, ma l’applicazione Mazda sembra alquanto limitata. Vedremo come Mazda riuscirà a stupirci ancora.
      I motori a camera di combustione aggiuntiva (tecnologia Mahle) sono una realtà ormai affermata invece, sfrutta la parzializzazione della combustione mediante due camere. La mentalità è la stessa. In questo caso il motore lavora con maggiore elasticità. Dedicherò un altro approfondimento sulla pre-camera di combustione. Continua a seguirci!
      Per altre definizioni o spiegazioni, può trovare tutto nell’articolo in questione (Modificato) e nei due che le ho appena linkato.
      Per qualsiasi altro problema o spiegazione, non esiti a contattarci. Spero di averle chiarito i dubbi.
      Continui a leggerci, buona giornata.
      A.

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here

Antonello Volzahttp://vehicle.closeupengineering.it
Nato ad Alberobello (BA) , laureato in Ingegneria Meccanica presso il Politecnico di Bari nel luglio 2018. Grande appassionato di tecnologia e di meccanica dei veicoli. Attualmente frequenta un corso di laurea magistrale in Ingegneria del Veicolo con specializzazione Automotive Powertrain, presso il dipartimento Enzo Ferrari dell'università di Modena. Nel 2016 entra a far parte del team Close-up Engineering come responsabile del reparto Vehicle.