均質(zhì)充量燃燒

1、均質(zhì)充量壓縮燃燒 HCCI（homogeneous charge compression ignition) HCCI的發(fā)展歷史 1876年產(chǎn)生第一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)以來(lái)，傳統(tǒng)的點(diǎn)燃式和壓燃式內(nèi) 燃機(jī)在進(jìn)一步提高燃料利用率和降低有害物排放方面已經(jīng)達(dá)到了極。 20世紀(jì)70年代，首次提出了均質(zhì)壓燃的概念，但由于控制技 術(shù)的限制而沒(méi)有受到重視。 90年代后期，隨著控制技術(shù)的發(fā)展，均質(zhì)壓燃技術(shù)以其在內(nèi)燃 機(jī)節(jié)能減排方面的巨大潛力而備受關(guān)注。 迄今為止，雖已有少量生產(chǎn)但離廣泛的商業(yè)化還仍有許多技術(shù) 難題需要解決。 HCCI的發(fā)展背景 傳統(tǒng)燃燒方式的局限性 傳統(tǒng)燃燒方式分為壓燃式（CI）和火花點(diǎn) 火式（SI）

2、。 壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的 循環(huán)供油量以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化。在這種燃 燒中，混合氣濃度和溫度分布都極不均勻，在燃 燒室的局部高溫區(qū)產(chǎn)生NOx，高溫缺氧區(qū)產(chǎn)生PM。 在火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)上，一般采用預(yù)混合燃燒?？?燃混合氣在壓縮沖程末期被火花塞點(diǎn)燃，火焰前 鋒在均質(zhì)混合氣中傳播，火焰前鋒及其燃燒產(chǎn)物 的局部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他未然混合氣，燃燒室中 溫度分布不均勻，局部的高溫容易導(dǎo)致已然區(qū)內(nèi) NOx的產(chǎn)生。 因此，為了從根本上解決傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒 和排放的問(wèn)題，新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒模式均 質(zhì)充量壓縮燃燒（homogeneous charge compression ignition)目前引

3、起全世界內(nèi)燃 機(jī)廣泛關(guān)注和研究，其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有 極低的氮氧化物NOx和碳煙微粒PM。 HCCI燃燒 燃料和空氣預(yù)混合形成稀薄均質(zhì)充量的低溫反應(yīng) 生成中間產(chǎn)物火化基因，隨著壓縮沖程缸內(nèi)溫度 上升到燃料的自然溫度（1000K左右）時(shí)，在整 個(gè)燃燒室內(nèi)多點(diǎn)自燃著火。 理想HCCI燃燒放熱反應(yīng)是均勻分布于整個(gè)燃燒室 空間的低溫反應(yīng)，無(wú)火焰鋒面和火焰?zhèn)鞑?，也無(wú) 局部高溫富氧或富油，所以可以同時(shí)有效抑制氮 氧化物NOx和碳煙PM的生成。 HCCI的基本思想 融合汽油機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，避免其缺點(diǎn)。 汽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)外油氣混合均勻，故PM 生成少。 汽油機(jī)的缺點(diǎn)：節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)，節(jié)流損失大， 壓縮比小，熱效率

4、低。 柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：缸內(nèi)直噴，壓縮比大，熱 效率高。 柴油機(jī)的缺點(diǎn)：擴(kuò)散燃燒生成大量NOx和 PM。 HCCI均質(zhì)混合氣制備 世界各國(guó)提出的均質(zhì)混合氣方法：缸內(nèi)噴 射-早噴、分段噴射或晚噴。 早噴及多次噴射 上止點(diǎn)前提早 噴油。足夠時(shí) 間讓柴油蒸發(fā)， 與空氣混合 成均勻混合氣。 HCCI的特點(diǎn) 1 采用均質(zhì)混合氣?？諝夂腿加驮贖CCI 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中預(yù)混合，形成均質(zhì)的 空氣/燃油混合氣，然后吸入氣缸進(jìn)行壓縮。 也有燃油直接噴入氣缸、在氣缸內(nèi)與空氣 進(jìn)行預(yù)混合的。 2 采用比火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)高得多的壓縮 比，且允許壓縮比在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變 動(dòng)。 3為了使均質(zhì)混合氣能夠通過(guò)壓縮而點(diǎn)燃， 必要

5、時(shí)需對(duì)吸入空氣進(jìn)行加熱。 4采用壓縮點(diǎn)燃。在壓縮沖程中，混合氣 溫度升高，達(dá)到自燃溫度而自燃；也就是 說(shuō)，不需要任何點(diǎn)火系統(tǒng)。 5 由于壓縮點(diǎn)燃的緣故，可以采用相當(dāng)稀 薄的混合氣，因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方 式，直接通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量來(lái)調(diào)節(jié)扭矩，不 需要節(jié)氣門(mén)。 6 既然均質(zhì)混合氣是自燃的，所以燃燒大 體上是整個(gè)氣缸內(nèi)同時(shí)開(kāi)始的?？梢圆捎?過(guò)量空氣或者殘余廢氣達(dá)到高度稀釋的混 合氣。 7 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)采用的燃油辛烷值允許在 一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)?？梢圆捎闷?、 天然氣、二甲醚等辛烷值較高的燃油作為 主要燃料，也可以采用多種燃料混合燃燒。 還可以將對(duì)高辛烷值燃料和低辛烷值燃料 配比的調(diào)整，用作在HC

6、CI燃燒中控制燃燒 起點(diǎn)和負(fù)荷范圍的方法。也有人試圖用柴 油作為HCCI燃料，但效果遠(yuǎn)不及汽油。 HCCI技術(shù)尚待解決的問(wèn)題 1.隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的改變控制著點(diǎn)火正 時(shí)。 2.高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒速率的控制。 3.改善冷啟動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)變工況運(yùn)行的響應(yīng)特 征。 4.排放控制系統(tǒng)的發(fā)展。 5.發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略和系統(tǒng)的發(fā)展以及相應(yīng)傳 感器的研制。 6.HCCI燃燒運(yùn)行范圍擴(kuò)展。 7.合適燃料的開(kāi)發(fā)。 8.多缸機(jī)各缸均勻性的保證。 HCCI發(fā)展前景 HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的研究也初步顯示了它在降低 油耗、NOx和微粒排放方面的優(yōu)勢(shì)，但由 于HCCI燃燒控制技術(shù)不成熟，只能限制在 部分負(fù)荷下工作。因此，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的研