Motore HCCI a carica omogenea ad accensione per compressione

La necessità di individuare tipologie di motori per autotrazione che possano garantire al contempo elevate prestazioni ed emissioni quanto più contenute possibili di inquinanti, in particolar modo ossidi di azoto ( i famigerati NOx) e particolato (indicato in genere con la sigla PM seguita da un numero riguardante le dimensioni dei diametri delle particelle), sta portando le case produttrici e gli enti di ricerca privati e statali a studiare processi di combustione che possano  avvicinarsi agli obiettivi prefissati.  Un motore HCCI ( acronimo anglosassone per homogeneus charge compression ignition - accensione per compressione di una carica omogenea) è una delle alternative tecnologicamente più interessanti a quelli che comunemente chiamiamo motori a benzina (ad accensione comandata) o diesel ( ad accensione per compressione), essendo, di fatto, una via intermedia fra le due tipologie di motore.  Affinchè si possa avere tale processo di combustione, è necessario che combustibile e comburente siano al contempo ben miscelati e compressi in modo tale che la carica, omogenea, possa autoaccendere in tutti i punti della camera di combustione al raggiungimento delle dovute condizioni di pressione e temperatura. 

In un HCCI si hanno sia un'alta temperatura dei reagenti che un salto di temperatura durante il processo contenuto grazie all'adozione di miscele "lean" (magre) ed alla presenza di diluizione con inerti, tramite sistemi di ricircolo dei gas combusti, meglio noti come EGR.

Un HCCI presenta condizioni comuni sia ai motori "OTTO" (la premiscelazione) che a quelli "DIESEL" ( l'accensione per compressione, ovvero l'assenza di innesco tramite candela).  Lo scopo di chi sperimenta l'utilizzo degli HCCI è del resto quello di ottenere prestazioni simili a quelle di un Diesel in termini di rendimento con le emissioni di un motore "Spark ignition". 

La differenza fondamentale con i motori ad accensione per compressione è che, mentre in questi ultimi la combustione si innesca nella periferia in singole gocce a cavallo del punto morto superiore (PMS), per gli HCCI la stessa condizione di omogeneità della carica fa sì che, in condizioni di pressione e temperatura tali da avere autoaccensione, la combustione inizi in diverse zone contemporaneamente. 

Questo fa sì, insieme alle caratteristiche cui sopra si è accennato, che la combustione in un HCCI proceda in maniera quanto più uniforme possibile, senza sbalzi di temperatura, in condizioni note come "flameless", ovvero "senza fiamma".  In assenza di picchi di temperatura è bassa la velocità di produzione degli ossidi di azoto ed al contempo elevata la probabilità che vengano emessi in atmosfera prodotti intermedi di combustione quali CO ed idrocarburi incombusti, a causa della non competa combustione per assenza di alte temperatura di questi. 

La peculiarità degli HCCI di avere una combustione che si sviluppa in maniera uniforme e che inizia in vari punti della camera di combustione costituisce insieme un pregio ed un difetto, dato che appare evidente quanto sia difficile controllare un fenomeno del genere e quanto, in un utilizzo ciclico, legato al funzionamento di una autovettura, sia difficile al variare del carico e del regime rotazionale del motore, ottenere le condizioni di autoaccensione all'istante voluto per una determinata condizione operativa. 

E' evidente che da un punto di vista strettamente costruttivo, un HCCI può essere progettato affinchè le condizione di autoaccensione si raggiungano come desiderato nel punto di progetto, mentre appena ci si discosta da questo è necessario adottare validi sistemi di controllo di tutti i parametri del motore che influenzano l'inizio del processo di combustione (rapporto di compressione, temperatura e pressione della carica, rapporto Aria/combustibile, portata di egr, etc.). L'utilizzo di sistemi di controllo delle valvole a fasatura variabile quali i VVT e i VVA, accanto ad altri sistemi innovativi, potrà coadivuare nel garantire un corretto funzionamento al variare del carico. 

Va sottolineato che allo stato attuale NON esistono in commercio veicoli che utilizzano tale sistema di combustione, mentre diversi sono i prototipi già su strada. Va inoltre ricordato che nelle sperimentazioni in corso  si è optato per far funzionare il motore in regime HCCI solamente per ristretti campi di utilizzo ed a carichi bassi, in modo tale da essere aiutati dalla presenza di miscela magra, mentre nei prototipi ad un certo punto, all'aumentare del carico, il motore inizia  a funzionare "ad accensione comandata", entrando in funzione una candela.  Stante la necessità di garantire che la miscela diventi omogenea nel minor tempo possibile, l'utilizzo maggiore di questi motori è fatto utilizzando come combustibile benzina piuttosto che gasolio, essendo la prima altamente volatile.

In ultimo, su youtube sono disponibili diverse animazioni relative ad alcuni motori sperimentali che utilizzano questa tecnologia, eccone un esempio di come funzione un HCCI: