പെട്രോള് എഞ്ചിനുകളുടെയും ഡീസല് എഞ്ചിനുകളുടെയും പ്രത്യേകതകള് കൂടിയുള്ള ഒരു എഞ്ചിന് സങ്കേതികവിദ്യയാണ് HCCI. പരമ്പരാഗത പെട്രോള് എഞ്ചിനുകളിലെ പോലെ സിലിണ്ടറിലേക്ക് കടത്തും മുമ്പ് ഇന്ധനവും ഓക്സീകാരിയും കൂട്ടിക്കലര്ത്തുകയും, ഡീസല് എഞ്ചിനുകളിലെ പോലെ സ്പാര്ക്പ്ലഗ്ഗ് ഉപയോഗിക്കാതെ, അവ കംപ്രഷന് മൂലമുണ്ടാകുന്ന അതിമര്ദ്ദ-താപത്താല് സ്വയം കത്തി പിടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
എന്നാല് HCCI എഞ്ചിനുകള് പെട്രോള്/ഡീസല് സങ്കേതവുമായി പല തരത്തിലും വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഒരു പെട്രോള് എഞ്ചിനില് സ്പാര്ക്ക് വഴിയാണ് ജ്വലനപ്രക്രിയ ആരംഭിക്കുന്നത്. സ്പാര്ക്പ്ലഗ്ഗിന്റെ അടുത്ത് നിന്നും തുടങ്ങുന്ന ജ്വാല പയ്യെ സിലിണ്ടറിന്റെ മറ്റ് ഭാഗങ്ങളിലേക്ക് വ്യാപിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയെ ജ്വാലാ-പ്രയാണം (flame propagation) എന്ന് വിളിക്കാം. പെട്രോള് എഞ്ചിന്റെ മാത്രം പ്രത്യേകതയാണത്. താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്ന ചിത്രം ഒരു പെട്രോള് എഞ്ചിനിലെ ജ്വാലാ-പ്രയാണത്തെയാണ് കാണിക്കുന്നത്.

(
ഈ ചിത്രത്തിന് പകര്പ്പവകാശം ഉള്ളതാണ്, ഈ ബ്ലോഗ്ഗിനുള്ള ക്രിയേറ്റീവ് കോമണ്സ് അനുമതി പത്രം ഈ ചിത്രത്തിന് ബാധകമല്ല)
എന്നാല് ഡീസല് എഞ്ചിനിലാകട്ടെ അത്തരമൊരു ജ്വാലാ-പ്രയാണം ഉണ്ടാകുന്നില്ല. ഡീസല് എന്ജിനില് ഇന്ധനം സിലിണ്ടറിനുള്ളിലേക്ക് കടത്തിവിടുന്നത് ഇന്ജെക്ടര് വഴിയാണല്ലോ. ഇത് നടക്കുന്നതും യഥാര്ത്ത കത്തല് നടക്കുന്നതും തമ്മിലുള്ള ഇടവേള ചെറുതായതിനാല് ഇന്ധനവും വായുവും പൂര്ണ്ണമായി കലരുവാനുള്ള സമയം ലഭിക്കുകയില്ല. അതിനാല് തന്നെ പെട്രോള് എഞ്ചിനിലെ പോലെ ഒരു ഫ്ലെയിം പ്രൊപ്പോഗേഷന് ഇവിടെ നടക്കുന്നില്ല. എന്നാല് ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം അനുകൂലമായ സ്ഥലങ്ങളില് (അതായത് combustibility range-ന് ഉള്ളില്, ഡീസലിന് ഇത് ഏകദേശം 17-80 വായു-ഇന്ധന അനുപാതം വരെയാണ്) മാത്രം ജ്വലനം നടക്കുന്നു. ഡീസല് എഞ്ചിനില് ഇന്ധനം ഇന്ജെക്ട് ചെയ്യുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന ജ്വലനത്തെയാണ് താഴെ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ചിത്രം കാണിക്കുന്നത്.

(
ഈ ചിത്രത്തിന് പകര്പ്പവകാശം ഉള്ളതാണ്, ഈ ബ്ലോഗ്ഗിനുള്ള ക്രിയേറ്റീവ് കോമണ്സ് അനുമതി പത്രം ഈ ചിത്രത്തിന് ബാധകമല്ല)
HCCI എഞ്ചിനുകളില് പെട്രോള് എഞ്ചിനുകളിലെ പോലെ homogeneous ആയ, എന്നാല് വളരെ കട്ടി കുറഞ്ഞ (lean, വായു-ഇന്ധന മിശ്രിതം വളരെ കൂടിയ) ആണ് പോകുന്നത്, അവിടെയും ജ്വലനം പല പല ബിന്ദുക്കളിലായി ഏകദേശം ഒരേ സമയത്തായാണ് നടക്കുന്നത്. ഇതിനാല് തന്നെ ജ്വലനത്തെ (പ്രത്യേകിച്ച് ജ്വലനത്തിന്റെ തുടക്കത്തെ) കൃത്യതയോടെ നിയന്ത്രിക്കുവാന് നമ്മുക്ക് കഴിയുന്നില്ല. ഒരു HCCI എഞ്ചിനിലെ ജ്വലനപ്രക്രിയയെ ആണ് താഴെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്.

(
ഈ ചിത്രത്തിന് പകര്പ്പവകാശം ഉള്ളതാണ്, ഈ ബ്ലോഗ്ഗിനുള്ള ക്രിയേറ്റീവ് കോമണ്സ് അനുമതി പത്രം ഈ ചിത്രത്തിന് ബാധകമല്ല)
ഈ ചിത്രം കണ്ടാല് മേല് പറഞ്ഞ പ്രക്രിയകള് കുറച്ച് കൂടി നന്നായി മനസ്സിലാകും.
ഒന്നാമത്തെ ചിത്രത്തില് ഒരു ഡീസല് എഞ്ചിന്റെ ചിത്രമാണുള്ളത്. ഇന്ഞ്ചക്ടറിന്റെ അടുത്തുള്ള അനുകൂലമയാ അവസ്ഥകളില് ജ്വലനം സംഭവിക്കുന്നു. രണ്ടാമത്തെ ചിത്രത്തില് സ്പാര്ക്പ്ല്ഗ്ഗില് നിന്നും ജ്വലന പ്രയാണം ആരംഭിക്കുന്നു. മൂന്നമത്തേതിലാകട്ടെ പല ബിന്ദുക്കളില് ഒരേ സമയത്തായി ജ്വലനം നടക്കുകയാണ്.
(
ചിത്രത്തിന് കടപ്പാട്: New Scientist magazine (January 2006), ഈ ചിത്രത്തിന് പകര്പ്പവകാശം ഉള്ളതാണ്, ഈ ബ്ലോഗ്ഗിനുള്ള ക്രിയേറ്റീവ് കോമണ്സ് അനുമതി പത്രം ഈ ചിത്രത്തിന് ബാധകമല്ല)
പരമ്പരാഗത ഡീസല് എഞ്ചിനുകളില് സിലിണ്ടറിനുള്ളിലേക്ക് ഡീസല് ഇന്ജക്ട് ചെയ്യകയാണ് ചെയ്യുന്നത് (സിലിണ്ടറിനുള്ളില് പിസ്റ്റണിന്റെ മുകളിലോട്ടുള്ള സഞ്ചാരത്തിന്റെ അവസാനത്തോടടുക്കുമ്പോഴാണ് സാധാരണ ഗതിയില് ഇന്ജക്ഷന് പ്രക്രിയ നടക്കുന്നത്). പെട്രോള് എഞ്ചിനുകളിലാകട്ടെ കാര്ബുറേറ്ററോ അല്ലെങ്കില് പോര്ട്ട് ഇന്ജെക്ഷനോ, മാനിഫോള്ഡ് ഇന്ജെക്ഷനോ വഴി ആയിരിക്കും. അതായത് സിലിണ്ടറിനുള്ളില് ഉള്ളത് ഏകദേശം homogeneous ആയിട്ടുള്ള ഒരു മിശ്രിതം ആയിരിക്കും. സിലിണ്ടറിനുള്ളിലേക്ക് നേരിട്ട് പെട്രോള് ഇന്ജക്ട് ചെയ്യുന്ന GDI-യെ (
Gasoline Direct Injection) പറ്റിയും (ഇവിടെ പ്രസക്തിയില്ലെങ്കിലും) പറഞ്ഞു കൊള്ളട്ടെ. HCCI എഞ്ചിനുകളിലാണെങ്കില് മുമ്പ് പറഞ്ഞ പോലെ സിലിണ്ടറിനുള്ളിലേക്ക് കടത്തി വിടുന്നതിന് മുമ്പ്, വായുവുമായി കലര്ത്തുന്നു (പെട്രോള് എഞ്ചിനുകളിലെ പോലെ). അങ്ങനെ ചെയ്യുന്നതിന്റെ പ്രയോജനം എന്തെന്ന് വെച്ചാല് ഒരു ഏകദേശം homogenous ആയിട്ടുള്ള ഒരു ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം ഉണ്ടാക്കുവാനുള്ള സമയം കിട്ടുന്നു (ഡീസല് എഞ്ചിനില് ഇതിനുള്ള സമയം വളരെ കുറവാണ് എന്ന് നേരത്തെ പറഞ്ഞത് ഇതുമായി കൂട്ടിവായിക്കേണ്ടതാണ്)
HCCI സാങ്കേതികവിദ്യ കൊണ്ട് പല പ്രയോജനങ്ങളുണ്ട്. സാധരണ രീതികളില് കൂടി NOx-ഉം soot-ഉം (കരി) ഒരുമിച്ച് കുറയ്ക്കുവാനാകില്ല. എന്നാല് HCCI സാങ്കേതിക വിദ്യയിലൂടെ ഇവ രണ്ടും കുറയ്ക്കുവാന് കഴിയും. സാധാരണ വണ്ടികളെ അപേക്ഷിച്ച് അവ കുറവായിരിക്കും എന്ന് പ്രത്യേകം പറയേണ്ട കാര്യമില്ലല്ലോ? കട്ടി കുറഞ്ഞ ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം ഉപയോഗിക്കുന്നത് മൂലം ഇന്ധനക്ഷമതയും താരതമ്യേനെ കൂടുതലായിരിക്കും.
പെട്രോള്, ബയോഗ്യാസ്, എല് പി ജി, സി എന് ജി, ഡീസല്, ബയോഡീസല്, ആല്ക്കഹോള്, ഹൈഡ്രജന് തുടങ്ങി ഏത് തരം ഇന്ധനവും ഇതില് ഉപയോഗിക്കാം. എന്നാല് പൊതുവെ ഒക്ടേന് സൂചകം (
Octane Number*) കൂടുതല് ഉള്ള ഇന്ധനങ്ങള്ക്ക് (പെട്രോള്, ബയോഗ്യാസ്, ആല്ക്കഹോള് മുതലായവ) ആണ് പെര്ഫോമന്സ് കൂടുതല്. ഇത്തരം ഇന്ധനങ്ങള് ഉപയോഗിക്കുമ്പോള് സമ്മര്ദ്ദം (compression) കൊണ്ട് മാത്രം ആ ഇന്ധനത്തിന്റെ
self ignition temperature എത്തുവാന് പറ്റിയെന്നു വരില്ല (കൌതുകകരമായ ഒരു കാര്യം, പെട്രോള് ഡീസലിനേക്കാള് പെട്ടെന്ന് ആവിയാകുമെങ്കില്ലും പെട്രോളിന്റെ self ignition temperature എന്നത് ഡീസലിനേക്കാള് കൂടുതലാണ്, അതായത് പെട്രോള് കത്തണമെങ്കില് ഡീസലിനേക്കാള് ഉയര്ന്ന താപനില വേണ്ടിവരും). ഇത് പലതരം പ്രശ്നങ്ങള്ക്ക് ഇടയാക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ചും സ്റ്റാര്ട്ടിങ്ങില്. എഞ്ചിന് തണുത്തിരിക്കുന്ന അവസ്ഥയില് ഇന്ധനം കത്തിക്കുവാന് സാധാരണ ഗതിയില് തന്നെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്, പിന്നെ കത്തുവാന് പ്രയാസമുള്ള ഇന്ധനങ്ങള് കൂടി ഉപയോഗിച്ചാലുള്ള കാര്യം പറയണമോ. അത്തരം അവസരങ്ങളില് നമ്മള് അകത്തേക്ക് കടത്തി വിടുന്ന മിശ്രിതത്തെയോ ഇന്ജക്ട് ചെയ്യുന്നതിനു മുമ്പ് വായുവിനെയോ ചൂടാക്കി വിടുന്നു. സ്റ്റാര്ട്ടാക്കല് എന്നാലും ഒരു പ്രശ്നം തന്നെയാണ് HCCI എഞ്ചിനുകളില്. അതിന് പരിഹാരമായി സ്റ്റാര്ട്ടാക്കുന്ന സമയത്ത് മാത്രം സ്പാര്ക് നല്കുകയും, എഞ്ചിന് ഒന്ന് ചൂടായ ശേഷം ഒരു പ്രത്യേക സ്പീഡില് എത്തിയ ശേഷം HCCI ആക്കുകയും (അതായത് ആ സമയത്ത് സ്പാര്ക് പ്ലഗ്ഗ് ഓഫാക്കും
**).
സ്റ്റാര്ട്ടിങ്ങ് അവസ്ഥയിലുള്ള എഞ്ചിനെ "low load" എന്നും ഏറ്റവും ഉച്ചത്തിലുള്ള അവസ്ഥയെ (ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു കയറ്റം കയറുമ്പോഴൊക്കെ, എഞ്ചിന് അതിന്റെ കഴിവിന്റെ പരമാവധി ജോലി ചെയ്യുന്ന അവസ്ഥയെ) "high load" എന്നും അതിന്റെ ഇടയ്ക്കുള്ള അവസ്ഥയെ "part load" എന്നുമാണ് സാങ്കേതിക ഭാഷയില് പറയുന്നത്. HCCI എഞ്ചിനുകള് "high load" അവസ്ഥകളില് നന്നായി perform ചെയ്യുന്നില്ല. അതിനാല് തുടക്കത്തിലും പിന്നെ ഉച്ചസ്ഥായിയിലും HCCI മോഡ് ഉപയോഗിക്കാറില്ല. ഇപ്പോഴൊക്കെ ഇത് ഇലക്ട്രോണിക്കലായ നിയന്ത്രിക്കാമെന്നത് കൊണ്ട് നമ്മുക്ക് വലിയ തലവേദനകളില്ല. എഞ്ചിന്റെ "ECU" (
Engine Control Unit), പുതിയതായി ഇറങ്ങുന്ന എല്ലാ വണ്ടികള്ക്കും ഇതുണ്ട്, ഈ ജോലി മുമ്പ് പറഞ്ഞ് വച്ചിരിക്കുന്ന പോലെ (programmed) ചെയ്തു കൊള്ളും.
ഇനി HCCI എഞ്ചിനുകള് നേരിടുന്ന വെല്ലുവിളികള് (ദോഷങ്ങള് എന്ന് ഞാന് പറയില്ല, കാരണം അവയെല്ലാം ഒഴിവാക്കാവുന്നതാണ്) എന്തെന്ന് നോക്കാം. നേരത്തെ പറഞ്ഞത് പോലെ തുടക്കത്തിലും ഒടുക്കത്തിലുമുള്ള പ്രശ്നങ്ങളാണൊന്ന്. അതിന്റെ പരിഹാരങ്ങള് നേരത്തെ പറഞ്ഞ് കഴിഞ്ഞു. പിന്നെയുള്ളത് ജ്വലനത്തിന്റെ തുടക്കത്തെ പറ്റിയുള്ള "
ഉറപ്പില്ലായ്മയാണ്" (uncertainity). ജ്വലനം ഇന്ന സമയത്ത് തുടങ്ങിയാല് എഞ്ചിന്റെ പരമാവധി ക്ഷമതയില് നമ്മുക്ക് അതിനെ ജോലിയെടുപ്പിക്കുവാന് കഴിയും എന്നുള്ളത് കൊണ്ട് ഇത് വളരെ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു സംഗതിയാണ്. മള്ട്ടിപ്പ്ള് ഇന്ജെക്ഷന്, റീഫോമിങ്ങ്, ഹൈഡ്രജന് ഇന്ജെക്ഷന് മുതലായ സാങ്കേതികവിദ്യകള് ഉപയോഗിച്ച് ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുവാന് കഴിയും. അതിന്റെ വിശദാംശങ്ങളിലേക്ക് ഞാന് കടക്കുന്നില്ല. നേരത്തെ പറഞ്ഞ പോലെ HCCI എഞ്ചിനുകള് കട്ടി കുറഞ്ഞ ഇന്ധന-വായു മിശ്രിതം ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ആയതിനാല് കത്തുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന താപനില പരമ്പരാഗത എഞ്ചിനുകളിലുള്ളതിനേക്കാള് കുറവായിരിക്കും. ഈയൊരു പ്രത്യേകയുള്ളത് കൊണ്ട് ഇതിനെ "cool flame" എന്ന് വിളിക്കാറുണ്ട്. ഇത് കാരണം crevice volume (സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ പെട്ടെന്ന് എത്തിപ്പെടാനാകാത്ത സ്ഥലങ്ങള്, ഉദാ: പിസ്റ്റണ് റിങ്ങിന്റെ ഇടയ്ക്കുള്ള സ്ഥലം, സ്പാര്ക്പ്ലഗ്ഗിനും സിലിണ്ടറില് അത് പിടിപ്പിച്ചതിനും ഇടയ്ക്കുമുള്ള സ്ഥലം), cylinder wall-നോട് ചേര്ന്നുള്ള ഭാഗത്തൊക്കെ ജ്വലനം നന്നായി നടക്കുകയില്ല. ഇത് ഹൈഡ്രോകാര്ബണ്, കാര്ബണ് മോണോക്സൈഡ് എമിഷനുകള്ക്ക് കാരണമാകുന്നു. അനിയന്ത്രിതമായ ജ്വലനം മൂലം താപ-മര്ദ്ദങ്ങള് പെട്ടെന്ന് കൂടുന്നു. ഇവ എഞ്ചിന് ശബ്ദങ്ങള് കൂട്ടുന്നു, എഞ്ചിന്റെ ക്ഷമത കുറയ്ക്കുന്നു അങ്ങനെ പല പല പ്രശ്നങ്ങളുണ്ടാക്കുന്നു. സമ്മര്ദ്ദാനുപാതം (compression ratio), ഇന്ധന-വായു മിശ്രാനുപാതം, മിശ്ര-താപനില, EGR (
Exhaust Gas Recirculation) മുതലായവ വഴി ജ്വലന പ്രക്രിയയെ നിയന്ത്രിക്കാവുന്നതാണ്.
നമ്മുടെ ടൊയോട്ട ഇന്നോവയില് ചെറിയൊരു സമയത്ത് HCCI മോഡ് ആക്ടീവ് ആകുന്നുണ്ട്. Toyota, General Motors, Mercedes മുതലായ കമ്പനികള് HCCI-യുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനങ്ങളില് ഏര്പ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇന്ത്യയില് ഐ ഐ ടി മദ്രാസിലും ഡെല്ഹിയിലും ഇതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഗവേഷണങ്ങള് തകൃതിയായി നടക്കുന്നു.
HCCI എഞ്ചിനുകളെ പറ്റിയുള്ള ഒരു
ലേഖനം ഇംഗ്ലിഷ് വിക്കിപ്പീഡിയയില് വായിക്കാം.
മറ്റൊരു ലേഖനം
ഇവിടെയുമുണ്ട്.
*
ഒക്ടേന് നമ്പറിനെ വളരെ ലളിതമായി ഇങ്ങനെ വ്യാഖ്യാനിക്കാം "പതുക്കെ തീ കത്തിപ്പിടിക്കുവാനുള്ള ഒരു ഇന്ധനത്തിന്റെ സൂചകമാണ് ഒക്ടേന് നമ്പര്". പെട്രോള്/HCCI എഞ്ചിനുകളില് പതുക്കെ കത്തിപ്പിടിക്കുന്ന ഇന്ധനങ്ങളാണ് വേണ്ടത്. പെട്ടെന്ന് കത്തിപ്പിടിക്കുകയാണെങ്കില് knocking മുതലായ പ്രശ്നങ്ങളുണ്ടാകും.
**
ചില നേരത്ത് നമ്മുടെ പെട്രോള് വണ്ടികള് ഓടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന അവസ്ഥയില് ഇഗ്നിഷന് കീ ഓഫാക്കിയാലും പ്രവര്ത്തിക്കുന്നത് കാണാം, പ്രത്യേകിച്ചും ചൂട് കാലാവസ്ഥയില്. എഞ്ചിന് ചുമ്മാതെ കറങ്ങുന്നതിനെയല്ല, പക്ഷെ സാധാരണ പോലെ വര്ക്ക് ചെയ്യുന്നതിനെ പറ്റിയാണ് ഞാന് പറഞ്ഞത്. "Dieseling of petrol engines" എന്നാണ് ഈ "സാധാരണഗതിയില് ഗുണകരമല്ലാത്ത" പ്രതിഭാസത്തെ പറയുന്നത്. എന്നാല് HCCI എഞ്ചിനുകളില് സമാനമായ പ്രവര്ത്തനമാണ് നടക്കുന്നത്, "സ്പാര്ക് ഇല്ലാതെയുള്ള പെട്രോള് എഞ്ചിന് പ്രവര്ത്തനം"