Ένας προς ένας, οι μεγάλοι κατασκευαστές στρέφουν ξανά την προσοχή τους στους κινητήρες εσωτερικής καύσης - και τώρα η BMW μπαίνει και αυτή στην εξέλιξη μιας καινοτομικής τεχνολογίας.

Πρόκειται για την τεχνολογία προανάφλεξης του μίγματος πριν αυτό φτάσει στους θαλάμους κάυσης, στους κυλίνδρους του κινητήρα. Η BMW έχει ήδη καταθέσει τα σχέδιά της και έχει λάβει το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την τεχνολογία αυτή, που προορίζει για έναν boxer (επίπεδο) κινητήρα βενζίνης.

Η «προθάλαμη ανάφλεξη», αν μπορούμε να την αποκαλέσουμε έτσι, εξυπηρετεί το μόνιμο στόχο των μηχανολόγων: την αναζήτηση της μέγιστης απόδοσης του κινητήρα με την επίτευξη της καλύτερης δυνατής αποδοτικότητας της ενέργειας που παρέχει το καύσιμο.

Αυτοί οι δύο παράγοντες είναι κρίσιμοι για την περαιτέρω εξέλιξη των κινητήρων εσωτερικής καύσης, ιδιαίτερα σε περιόδους σαν και την τωρινή, όπου τόσο η ζήτηση για ισχυρούς κινητήρες όσο και η πίεση για μείωση των εκπομπών ρύπων αυξάνονται.

Μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία που θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση αυτής της αντίφασης είναι η «προθάλαμη ανάφλεξη». Το πρόσφατα δημοσιευμένο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τη BMW περιγράφει λεπτομερώς πώς αυτή η -ουσιαστικά παλιά- τεχνολογία μπορεί να βελτιστοποιηθεί για να αυξήσει την αποδοτικότητα του κινητήρα, εξασφαλίζοντας παράλληλα εξασφαλίζει υψηλή απόδοση.

Η «προθάλαμη ανάφλεξη» έχει μακρά ιστορία, που ξεκινά από τις πρώτες μέρες των πετρελαιοκινητήρων το 1908. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί έναν μικρό θάλαμο -τον αποκαλούμενο προθάλαμο- στον οποίο ψεκάζεται το καύσιμο και εκεί αυτοαναφλέγεται πριν η φλόγα μεταφερθεί στον κύριο θάλαμο καύσης.

Αρχικά, η «προθάλαμη ανάφλεξη» αναπτύχθηκε για να αντικαταστήσει τον προηγουμένως αναγκαίο υπερσυμπιεστή στους πετρελαιοκινητήρες. Και όντως, η καύση ήταν πιο αποδοτική και οι εκπομπές ρύπων μειώθηκαν.

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, η “προθάλαμη ανάφλεξη” στους πετρελαιοκινητήρες εκτοπίστηκε σε μεγάλο βαθμό από τα σύγχρονα συστήματα άμεσου ψεκασμού, όπως είναι η τεχνολογία Common-Rail.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα σύγχρονα συστήματα άμεσου ψεκασμού αναπτύχθηκαν από τους απογόνους του Prosper L´Orange, ο οποίος σχεδίασε τον πρώτο λειτουργικό πετρελαιοκινητήρα με προθάλαμο για τις Μηχανές Μάνχαϊμ το 1908, προτού συνεχίσει την ανάπτυξη στη Mercedes.

Σήμερα, η «προθάλαμη ανάφλεξη» αναγεννάται, αυτή τη φορά για βενζινοκινητήρες, που -λόγω των μπουζί- παρουσιάζουν μερικά τεχνικά εμπόδια. Η Mahle παρουσίασε ένα νέο σύστημα για μεγάλους κινητήρες επαγγελματικών οχημάτων το 2018 και συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη αντίστοιχων συστημάτων για τους κινητήρες της Formula 1.

Προς το παρόν, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι «προθάλαμης ανάφλεξης» στους βενζινοκινητήρες. Η ενεργή ανάφλεξη προϋποθέτει άμεσο ψεκασμό καυσίμου, δηλαδή το πλούσιο μείγμα δημιουργείται μέσα στον προθάλαμο, ενώ ο ψεκασμός δημιουργεί το φτωχό μείγμα στον κύριο θάλαμο καύσης.

Η παθητική ανάφλεξη ψεκάζει απευθείας στον κύριο θάλαμο καύσης και δημιουργεί το πλούσιο μείγμα μέσω υπερπιέσεων ή ανακλαστήρων στον προθάλαμο. Στη συνέχεια, και οι δύο μέθοδοι ακολουθούν την ίδια διαδικασία: ένα μπουζί αναφλέγει το πλούσιο μείγμα, οι φλόγες διαδίδονται στον κύριο θάλαμο καύσης και εκεί αναφλέγεται το φτωχό μείγμα.

Η «προθάλαμη ανάφλεξη» προσφέρει μια σειρά από πλεονεκτήματα: ένα από αυτά είναι η βελτιωμένη καύση. Μέσω της προκαταρκτικής καύσης στον προθάλαμο, το μέτωπο της φλόγας κατευθύνεται ελεγχόμενα στον κύριο θάλαμο καύσης. Αυτό προσφέρει πιο ομαλή και αποδοτική καύση, καθώς το μείγμα στον κύριο θάλαμο καύσης είναι ήδη βέλτιστα προετοιμασμένο.

Αυτή η βελτιωμένη καύση συμβάλλει επίσης στη μείωση των εκπομπών ρύπων των κινητήρων. Ειδικότερα, η δημιουργία αιθάλης και οξειδίων του αζώτου (NOx) μπορεί να μειωθεί με την προθάλαμη ανάφλεξη, οδηγώντας σε μικρότερη περιβαλλοντική επιβάρυνση.

Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι η ποιότητα λειτουργίας του κινητήρα. Αυτή η τεχνολογία εξασφαλίζει πιο ομαλή λειτουργία του κινητήρα, ειδικά σε χαμηλές στροφές. Δεδομένου ότι η καύση στον προθάλαμο γίνεται πιο ομαλά και σταθερά, οι κραδασμοί και ο θόρυβος μειώνονται.

Παρά τα πλεονεκτήματα αυτά, υπάρχουν ορισμένα μειονεκτήματα της «προθάλαμης ανάφλεξης». Ένα από αυτά είναι οι απώλειες θερμότητας, δεδομένου ότι ένα μέρος της καύσης πραγματοποιείται στον προθάλαμο, οι οποίες μειώνουν την αποδοτικότητα του κινητήρα, καθώς δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί όλη η παραγόμενη ενέργεια για την αύξηση της απόδοσης.

Ένα άλλο μειονέκτημα είναι η πολυπλοκότητα του συστήματος. Η κατασκευή τέτοιων κινητήρων είναι πιο περίπλοκη και απαιτεί ακριβή συντονισμό για να εξασφαλιστεί η βέλτιστη καύση. Αυτή η πολυπλοκότητα μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερο κόστος παραγωγής και αυξημένες απαιτήσεις συντήρησης, κάτι που μπορεί να περιορίσει την ελκυστικότητα της τεχνολογίας.

Στο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της BMW περιγράφεται ότι μέσω ειδικά διαμορφωμένων ανοιγμάτων, το μείγμα στον προθάλαμο σχηματίζεται πιο πλούσιο, δηλαδή με περισσότερο καύσιμο, σε σχέση με τον κύριο θάλαμο καύσης.

Αυτό επιτυγχάνεται μέσω μιας ελεγχόμενης έγχυσης, που εξασφαλίζει ότι η καύση στον προθάλαμο είναι έντονη και γρήγορη. Ανάλογα με το καύσιμο και την εφαρμογή, οι κινητήρες της BMW που θα εξοπλίζονται με αυτή την τεχνολογία θα μπορούσαν να επιτυγχάνουν την ίδια απόδοση με έως και 20% λιγότερο καύσιμο.