Υπάρχει τρόπος να αυξήσουμε σοβαρά τη συμπίεση σε μία ΜΕΚ χωρίς να αγχωνόμαστε για το ενδεχόμενο αυτανάφλεξης του καυσίμου; Ναι, μάλλον υπάρχει και αν δουλέψει, θα αποτελέσει τη μεγαλύτερη επανάσταση μετά το turbo!
Η έννοια του Entry Ignition προέρχεται από τη λογική άμεσης ανάφλεξης του καύσιμου μείγματος, τη στιγμή που μπαίνει στο θάλαμο καύσης. Αυτό θα σκεφτείτε ότι δεν γίνεται σε ένα φυσιολογικό κινητήρα και θα έχετε δίκιο. Σύμφωνα όμως με ένα paper που δημοσιεύτηκε στο site της SAE International (το οποίο μπορείτε να βρείτε εδώ), εάν χρησιμοποιήσουμε μία διαφορετική διάταξη κυλίνδρων, κάτι τέτοιο ίσως και να μπορεί να πετύχει.
Ας ξεκινήσουμε όμως από τα βασικά. Μία κύρια διαφορά των βενζινοκινητήρων από τους πετρελαιοκινητήρες, πέρα προφανώς από το καύσιμο, έχει να κάνει με τον τρόπο έναυσης της καύσης. Στους πρώτους συμπιέζουμε το μείγμα καυσίμου-αέρα στο θάλαμο και κατόπιν χρησιμοποιούμε ένα μπουζί για να δώσει το σπινθήρα (spark ignition).
Αντιθέτως, σε ένα diesel το καύσιμο μείγμα αναφλέγεται από μόνο του, λόγω πίεσης και θερμοκρασίας (compression ignition). Η μεγαλύτερη συμπίεση που επιτυγχάνεται στη δεύτερη περίπτωση είναι και -σε μεγάλο βαθμό- υπεύθυνη για την καλύτερη θερμοδυναμική απόδοση αυτών των κινητήρων έναντι των συνόλων βενζίνης.
Αυτανάφλεξη μπορεί προφανώς να προκύψει και χρησιμοποιώντας βενζίνη. Επειδή όμως αυτή είναι ένα πολύ πιο εύφλεκτο καύσιμο, η διαδικασία αυτή ούτε ελέγχεται εύκολα, ούτε μπορεί να εξασφαλιστεί η συμπίεση που θέλουμε πριν από την έναυση. Τουλάχιστον μέχρι πέρυσι, όπου για πρώτη φορά η Mazda παρουσίασε τον Skyactiv-X, ένα μοτέρ τεχνολογίας Spark Controlled Ignition Compression (SPCCI). Αυτός -για τον οποίο αξίζει να διαβάσετε περισσότερα εδώ– καταφέρνει να συνδυάζει και τα δύο είδη ανάφλεξης.
Κρατώντας λοιπόν το γεγονός ότι η βενζίνη αναφλέγεται εύκολα σε υψηλές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, καθώς και ότι όσο υψηλότερη η συμπίεση, τόσο πιο αυξημένη η θερμοδυναμική απόδοση, επιστρέφουμε στη λογική του Entry ignition. To paper που την περιγράφει χρησιμοποιεί μία διάταξη τεσσάρων κυλίνδρων, από τους οποίους όμως μόνο ένας (ο τρίτος) είναι θάλαμος καύσης.
Η αρχή λειτουργίας της συγκεκριμένης διάταξης έχει ως εξής. Ο πρώτος κύλινδρος, σχετικά αυξημένης διαμέτρου, χρησιμοποιείται για να λάβει τον αέρα από το σύστημα εισαγωγής και να τον συμπιέσει, αυξάνοντας την πίεσή του. Ο αέρας αυτός εισέρχεται κατόπιν στο δεύτερο κύλινδρο, μικρότερης διαμέτρου, για να συμπιεστεί περαιτέρω, σε αρκετά υψηλή πίεση. Από εκεί οδηγείται σε ένα ξεχωριστό θάλαμο, πιθανά επάνω στην κυλινδροκεφαλή του συνόλου. Ο θάλαμος αυτός χωρίζεται στα δύο. Το πρώτο μέρος φιλοξενεί τον συμπιεσμένο αέρα, ο οποίος εισέρχεται στο δεύτερο μέρος, όπου αναμειγνύεται με το καύσιμο.
Εδώ η πίεση είναι πολύ υψηλή, ακριβώς όμως επειδή δεν μιλάμε για ένα θάλαμο καύσης, η θερμοκρασία δεν είναι τέτοια που να προκαλέσει την αυτανάφλεξη του μείγματος. Αυτή θα γίνει αμέσως μετά, καθώς ο θάλαμος αυτός επικοινωνεί άμεσα με τον τρίτο κύλινδρο, μέσω μίας βαλβίδας μεγάλης διαμέτρου, που όμως δεν έχει τη φιλοσοφία των συμβατικών βαλβίδων. Αντί να βυθίζεται στο θάλαμο καύσης, πραγματοποιεί μία περιστροφική κίνηση, ανοίγοντας και κλείνοντας με μεγάλη ταχύτητα οπές που επιτρέπουν την επικοινωνία του θαλάμου καυσίμου με τον κύλινδρο.
Φτάνοντας το έμβολο στο επάνω νεκρό σημείο, ανοίγει ακαριαία η βαλβίδα και λόγω της διαφοράς πίεσης το καύσιμο μείγμα περνάει με δύναμη στο θάλαμο καύσης. Αυτός, έχοντας κρατήσει λίγα υπέρθερμα αέρια από τον προηγούμενο κύκλο καύσης αλλά και με την υψηλή θερμοκρασία που ήδη έχει, οδηγεί σε άμεση ανάφλεξη του μείγματος. Έτσι επιτυγχάνεται ελεγχόμενη καύση με υψηλή συμπίεση.
Όσο για τα καυσαέρια, αυτά δεν διαφεύγουν αμέσως στο σύστημα εξαγωγής αλλά περνάνε με τη σειρά τους στον τέταρτο, μεγάλο σε διάμετρο, κύλινδρο. Εδώ δεν πραγματοποιείται άλλη καύση, μπορεί όμως να εκμεταλλευτεί την υψηλή ακόμα πίεση και θερμοκρασία αυτών, ώστε να κερδίσει κάτι ακόμα από την ενέργειά τους. Σε πειραματικούς κινητήρες της GM που χρησιμοποιούν αυτή τη φιλοσοφία του “expanding expansion” έχει υπολογιστεί ότι έτσι μπορεί να επιτευχθεί μία αύξηση στην ισχύ της τάξης του 10%.
Ένα εξαιρετικό video επάνω στην αρχή λειτουργίας του entry ignition έχει δημιουργήσει ο Jason Fenske, ιδιοκτήτης του γνωστού καναλιού engineering explained. Τεχνολογίες όπως αυτή είναι πολύ πιθανό να βρουν το δρόμο της παραγωγής μέσα στα επόμενα χρόνια. Τότε θα μιλάμε για θερμικούς κινητήρες πραγματικά καθαρούς, που θα μπορούν με ευκολία να καλύψουν τις μελλοντικές νόρμες ρύπων. Και, φυσικά, για ακόμα πιο αποδοτικά υβριδικά σύνολα, εφόσον συνεργαστούν με αντίστοιχους ηλεκτροκινητήρες.
