汽油機(jī)新型燃燒系統(tǒng)(二)-均質(zhì)壓燃HCCI燃燒系統(tǒng)

1、汽油機(jī)新型燃燒系統(tǒng)汽油機(jī)新型燃燒系統(tǒng)(二二)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)(HCCI)(HCCI)Homogeneous Charge Compression IgnitionHomogeneous Charge Compression Ignition一、引言一、引言 問題的引出問題的引出：點燃式汽油機(jī)經(jīng)過了化油器、進(jìn)氣管汽油：點燃式汽油機(jī)經(jīng)過了化油器、進(jìn)氣管汽油噴射、缸內(nèi)直噴和分層稀薄燃燒技術(shù)的發(fā)展，其熱效率噴射、缸內(nèi)直噴和分層稀薄燃燒技術(shù)的發(fā)展，其熱效率仍低于柴油機(jī)，其指示熱效率更低于柴油機(jī)。點燃式汽仍低于柴油機(jī)，其指示熱效率更低于柴油機(jī)。點燃式汽油機(jī)指示熱效率不高主要是由于其燃燒方式所造

2、成的。油機(jī)指示熱效率不高主要是由于其燃燒方式所造成的。從燃燒機(jī)理來說，傳統(tǒng)的汽油機(jī)是均質(zhì)混合的火花點火。從燃燒機(jī)理來說，傳統(tǒng)的汽油機(jī)是均質(zhì)混合的火花點火。為了使混合氣能夠被點燃，火焰能夠傳播，為了使混合氣能夠被點燃，火焰能夠傳播，混合氣的空混合氣的空燃比必須限制在一定范圍燃比必須限制在一定范圍，同時，為了避免火焰前鋒面，同時，為了避免火焰前鋒面前面的未燃混合氣突然發(fā)生大面積自燃，產(chǎn)生爆震，前面的未燃混合氣突然發(fā)生大面積自燃，產(chǎn)生爆震，汽汽油機(jī)的壓縮比受到限制油機(jī)的壓縮比受到限制，這兩個限制都影響了熱效率。，這兩個限制都影響了熱效率。 均質(zhì)壓燃均質(zhì)壓燃能使汽油機(jī)的指示熱效率達(dá)到甚至超過柴油能使汽

3、油機(jī)的指示熱效率達(dá)到甚至超過柴油機(jī)的水平。由于采用了壓燃，機(jī)的水平。由于采用了壓燃，混合氣的空燃比不再受混合氣的空燃比不再受到混合氣點燃和火焰?zhèn)鞑サ南拗频交旌蠚恻c燃和火焰?zhèn)鞑サ南拗?，?nèi)燃機(jī)的，內(nèi)燃機(jī)的壓縮比也壓縮比也不再受到爆震的限制不再受到爆震的限制。與此同時。與此同時,由于可以在稀薄混合由于可以在稀薄混合氣中進(jìn)行燃燒，氣中進(jìn)行燃燒，NOX的生成受到抑制的生成受到抑制，減輕了排氣后，減輕了排氣后處理的困難。處理的困難。 1983年第一篇關(guān)于四沖程均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的研究論文年第一篇關(guān)于四沖程均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的研究論文發(fā)表以來，直至上世紀(jì)末均質(zhì)壓燃汽油機(jī)才受到各國發(fā)表以來，直至上世紀(jì)末均質(zhì)壓燃汽油機(jī)

4、才受到各國重視，但還未在產(chǎn)品汽油機(jī)上應(yīng)用。原因有二：均質(zhì)重視，但還未在產(chǎn)品汽油機(jī)上應(yīng)用。原因有二：均質(zhì)壓燃汽油機(jī)必須在各種變動工況和不同的環(huán)境條件下壓燃汽油機(jī)必須在各種變動工況和不同的環(huán)境條件下可靠工作；在整個運行工況的平均熱效率必須足夠高?？煽抗ぷ鳎辉谡麄€運行工況的平均熱效率必須足夠高。二、均質(zhì)壓燃燃燒的特點二、均質(zhì)壓燃燃燒的特點 從表面上看，均質(zhì)壓燃汽油機(jī)是點燃式汽油機(jī)和壓燃式從表面上看，均質(zhì)壓燃汽油機(jī)是點燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)的結(jié)合：柴油機(jī)的結(jié)合：采用預(yù)混的均勻混合氣；混合氣自燃采用預(yù)混的均勻混合氣；混合氣自燃。實際上，均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的燃燒過程與點燃式汽油機(jī)和實際上，均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的燃

5、燒過程與點燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)的燃燒過程都不同：點燃式汽油機(jī)和壓燃壓燃式柴油機(jī)的燃燒過程都不同：點燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)的燃燒都是式柴油機(jī)的燃燒都是擴(kuò)散燃燒過程擴(kuò)散燃燒過程，點燃式汽油機(jī)主要，點燃式汽油機(jī)主要利用熱擴(kuò)散來實現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ィ釘U(kuò)散促使化學(xué)鏈鎖反應(yīng)利用熱擴(kuò)散來實現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ィ釘U(kuò)散促使化學(xué)鏈鎖反應(yīng)結(jié)果火焰?zhèn)鞑ィ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俾蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)高于混合氣形成速結(jié)果火焰?zhèn)鞑?，而火焰?zhèn)鞑ニ俾蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)高于混合氣形成速率）；壓燃式柴油機(jī)主要依靠燃油蒸汽和氧氣的擴(kuò)散現(xiàn)率）；壓燃式柴油機(jī)主要依靠燃油蒸汽和氧氣的擴(kuò)散現(xiàn)象促進(jìn)混合氣形成，燃燒速率決定于混合氣形成速率；象促進(jìn)混合氣形成，燃燒速率決定于混合氣形成速率；理

6、想的均質(zhì)壓燃汽油機(jī)燃燒過程是一種理想的均質(zhì)壓燃汽油機(jī)燃燒過程是一種非擴(kuò)散非擴(kuò)散的，在整的，在整個燃燒室內(nèi)同時發(fā)生的個燃燒室內(nèi)同時發(fā)生的均勻燃燒過程均勻燃燒過程。 由于缸內(nèi)溫度和氣體成分的分布不可能完全均勻由于缸內(nèi)溫度和氣體成分的分布不可能完全均勻,實際上均質(zhì)壓實際上均質(zhì)壓燃的燃燒過程不可能真正同時發(fā)生燃的燃燒過程不可能真正同時發(fā)生.對均質(zhì)壓燃汽油機(jī)燃燒過程對均質(zhì)壓燃汽油機(jī)燃燒過程的高速攝影研究發(fā)現(xiàn)的高速攝影研究發(fā)現(xiàn),燃燒開始時首先在缸內(nèi)出現(xiàn)一些孤立的亮燃燒開始時首先在缸內(nèi)出現(xiàn)一些孤立的亮點點,然后才在整個燃燒室觀察到均勻的發(fā)光燃燒現(xiàn)象然后才在整個燃燒室觀察到均勻的發(fā)光燃燒現(xiàn)象.那些孤立的那些孤

7、立的亮點是由于該處的混合氣在壓縮過程中首先達(dá)到自燃溫度開始燃亮點是由于該處的混合氣在壓縮過程中首先達(dá)到自燃溫度開始燃燒所造成的燒所造成的.對隨后在其它區(qū)域所發(fā)生的燃燒現(xiàn)象則有不同的解對隨后在其它區(qū)域所發(fā)生的燃燒現(xiàn)象則有不同的解釋釋:一種解釋是由一種解釋是由火焰?zhèn)鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑ニ斐伤斐?那些孤立的亮點起到那些孤立的亮點起到多火源點多火源點火的作用火的作用,因為燃燒前混合氣的溫度已經(jīng)非常接近自燃溫度因為燃燒前混合氣的溫度已經(jīng)非常接近自燃溫度,并且并且已經(jīng)開始低溫化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)開始低溫化學(xué)反應(yīng),少量的加熱就會引起快速的高溫化學(xué)反少量的加熱就會引起快速的高溫化學(xué)反應(yīng)釋放大量熱能應(yīng)釋放大量熱能,因此火焰?zhèn)?/p>

8、播速率非常快因此火焰?zhèn)鞑ニ俾史浅？?另一種解釋是另一種解釋是壓力波壓力波造成的造成的,少量混合氣首先發(fā)生自燃少量混合氣首先發(fā)生自燃,燃燒放熱造成壓力升高燃燒放熱造成壓力升高,以聲速以聲速向四周傳播向四周傳播.由于混合氣的溫度已經(jīng)非常接近自燃溫度并且已經(jīng)由于混合氣的溫度已經(jīng)非常接近自燃溫度并且已經(jīng)開始低溫化學(xué)反應(yīng)開始低溫化學(xué)反應(yīng),很小的壓力升高所造成的溫度升高就可以觸很小的壓力升高所造成的溫度升高就可以觸發(fā)周圍混合氣發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng)發(fā)周圍混合氣發(fā)生快速的化學(xué)反應(yīng),釋放大量熱能釋放大量熱能.最后一種解釋最后一種解釋最簡單最簡單:由于混合氣的溫度大致均勻由于混合氣的溫度大致均勻,即使不存在溫度和壓

9、力的傳即使不存在溫度和壓力的傳播現(xiàn)象播現(xiàn)象,也會因也會因活塞上行受到進(jìn)一步壓縮活塞上行受到進(jìn)一步壓縮而自燃而自燃.三種因素都存在三種因素都存在. 汽油機(jī)均質(zhì)壓燃和汽油機(jī)爆震過程自燃的根本區(qū)別在于汽油機(jī)均質(zhì)壓燃和汽油機(jī)爆震過程自燃的根本區(qū)別在于單位質(zhì)量未燃混合氣所含有的化學(xué)能量不同單位質(zhì)量未燃混合氣所含有的化學(xué)能量不同,對燃燒過對燃燒過程的影響也不同程的影響也不同.點燃式汽油機(jī)的混合氣接近當(dāng)量空燃點燃式汽油機(jī)的混合氣接近當(dāng)量空燃比比,其過量空氣系數(shù)受到火焰?zhèn)鞑サ南拗破溥^量空氣系數(shù)受到火焰?zhèn)鞑サ南拗?不能大于不能大于1 1 5 5.在爆震時由于單位質(zhì)量混合氣釋放出大量的化學(xué)能會造在爆震時由于單位質(zhì)

10、量混合氣釋放出大量的化學(xué)能會造成高溫燃?xì)鈴?qiáng)烈的壓力波動成高溫燃?xì)鈴?qiáng)烈的壓力波動,除了產(chǎn)生噪聲和振動外還除了產(chǎn)生噪聲和振動外還會使氣壁之間的傳熱增加會使氣壁之間的傳熱增加,使汽油機(jī)過熱使汽油機(jī)過熱,造成拉缸等損造成拉缸等損害害.而均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的混合氣需要用過量空氣或大量而均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的混合氣需要用過量空氣或大量的殘余廢氣進(jìn)行稀釋的殘余廢氣進(jìn)行稀釋.如果殘余廢氣系數(shù)不顯著增加如果殘余廢氣系數(shù)不顯著增加,均均質(zhì)壓燃汽油機(jī)混合氣的估量空氣系數(shù)必須大于質(zhì)壓燃汽油機(jī)混合氣的估量空氣系數(shù)必須大于2.02.0才能才能控制控制NOX生成和燃燒的粗暴性生成和燃燒的粗暴性.因此因此,在均質(zhì)壓燃燃燒過在均質(zhì)壓燃燃

11、燒過程中單位質(zhì)量混合氣所具有的化學(xué)能較少程中單位質(zhì)量混合氣所具有的化學(xué)能較少,燃?xì)鉁囟容^燃?xì)鉁囟容^低低,即使缸內(nèi)燃?xì)鈮毫Πl(fā)生波動即使缸內(nèi)燃?xì)鈮毫Πl(fā)生波動,也不會造成過熱和拉缸也不會造成過熱和拉缸損害損害. 均質(zhì)壓燃與點燃式汽油機(jī)爆震時均質(zhì)壓燃與點燃式汽油機(jī)爆震時氣缸壓力波動氣缸壓力波動的比較的比較: 缸內(nèi)的壓力波動是燃燒噪聲的根源缸內(nèi)的壓力波動是燃燒噪聲的根源.不同頻率的缸內(nèi)壓力波動不同頻率的缸內(nèi)壓力波動對汽油機(jī)機(jī)體的振動和機(jī)外空氣中被激發(fā)的聲波的影響不同對汽油機(jī)機(jī)體的振動和機(jī)外空氣中被激發(fā)的聲波的影響不同.一般情況下一般情況下,汽油機(jī)機(jī)體對汽油機(jī)機(jī)體對8000HZ以下的缸內(nèi)壓力波動衰減較以下

12、的缸內(nèi)壓力波動衰減較大大.實驗表明實驗表明,均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的缸內(nèi)壓力波動主要是在均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的缸內(nèi)壓力波動主要是在5000HZ左右的一階波動左右的一階波動,在在10000HZ左右的二階波動的能量較左右的二階波動的能量較小小.與此不同與此不同,點燃式汽油機(jī)爆震時的壓力波動在點燃式汽油機(jī)爆震時的壓力波動在10000HZ左右左右的二階波動的能量較大的二階波動的能量較大,因此對機(jī)外噪聲強(qiáng)度的影響也較大因此對機(jī)外噪聲強(qiáng)度的影響也較大.因因此此,均質(zhì)壓燃所產(chǎn)生的缸內(nèi)壓力波動對噪聲的影響沒有點燃式均質(zhì)壓燃所產(chǎn)生的缸內(nèi)壓力波動對噪聲的影響沒有點燃式汽油機(jī)爆震對噪聲的影響大汽油機(jī)爆震對噪聲的影響大.盡管如此盡

13、管如此,在較高負(fù)荷工況的燃燒在較高負(fù)荷工況的燃燒噪聲仍然是均質(zhì)壓燃汽油機(jī)所需要仔細(xì)關(guān)注的問題噪聲仍然是均質(zhì)壓燃汽油機(jī)所需要仔細(xì)關(guān)注的問題(高負(fù)荷時高負(fù)荷時,空燃比接近點燃式汽油機(jī)以保證動力輸出空燃比接近點燃式汽油機(jī)以保證動力輸出) 均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的氣缸壓力波動只有在負(fù)荷較高、空燃比或均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的氣缸壓力波動只有在負(fù)荷較高、空燃比或者混合氣稀釋程度較低的情況下出現(xiàn)者混合氣稀釋程度較低的情況下出現(xiàn).一般認(rèn)為一般認(rèn)為,氣缸內(nèi)的壓氣缸內(nèi)的壓力波動現(xiàn)象是由最先燃燒的小塊區(qū)域快速釋放的能量所造成力波動現(xiàn)象是由最先燃燒的小塊區(qū)域快速釋放的能量所造成的的.所釋放的能量是小塊區(qū)域的質(zhì)量所釋放的能量是小塊區(qū)域

14、的質(zhì)量(或體積或體積)與單位質(zhì)量與單位質(zhì)量(或單或單位體積位體積)混合氣所具有的化學(xué)能的乘積混合氣所具有的化學(xué)能的乘積,當(dāng)混合氣的空燃比高當(dāng)混合氣的空燃比高于一定數(shù)值于一定數(shù)值,單位質(zhì)量混合氣的化學(xué)能過低單位質(zhì)量混合氣的化學(xué)能過低,最先燃燒的小塊最先燃燒的小塊區(qū)域所快速釋放的能量將不足以造成缸內(nèi)氣體的壓力波動區(qū)域所快速釋放的能量將不足以造成缸內(nèi)氣體的壓力波動. 當(dāng)混合氣的空燃比處于可能發(fā)生壓力波動的臨界值左右時當(dāng)混合氣的空燃比處于可能發(fā)生壓力波動的臨界值左右時,燃燃燒開始放熱的時間即著火時間對是否產(chǎn)生壓力波動有決定性燒開始放熱的時間即著火時間對是否產(chǎn)生壓力波動有決定性的影響的影響.推遲均質(zhì)壓燃

15、的著火時間推遲均質(zhì)壓燃的著火時間可以在燃燒過程中燃燒室體可以在燃燒過程中燃燒室體積變化的方向積變化的方向從壓縮轉(zhuǎn)為膨脹從壓縮轉(zhuǎn)為膨脹.燃燒所釋放的部分能量開始對燃燒所釋放的部分能量開始對活塞作功活塞作功,有助于避免壓力波動有助于避免壓力波動.如果混合氣的空燃比進(jìn)一步如果混合氣的空燃比進(jìn)一步降低降低,最先燃燒的小塊區(qū)域所快速釋放的能量也進(jìn)一步增加最先燃燒的小塊區(qū)域所快速釋放的能量也進(jìn)一步增加,壓力波動現(xiàn)象更接近于點燃式汽油機(jī)的爆震現(xiàn)象壓力波動現(xiàn)象更接近于點燃式汽油機(jī)的爆震現(xiàn)象(必須控制必須控制著著火火時間推遲時間推遲). 均質(zhì)壓燃燃燒速度的分析均質(zhì)壓燃燃燒速度的分析: 由于均質(zhì)壓燃基本上是非擴(kuò)散

16、的、同時發(fā)生的燃燒現(xiàn)象由于均質(zhì)壓燃基本上是非擴(kuò)散的、同時發(fā)生的燃燒現(xiàn)象,因此因此燃燒速度很高燃燒速度很高.在較高負(fù)荷時在較高負(fù)荷時,全部混合氣的燃燒在全部混合氣的燃燒在1ms左右就左右就基本完成基本完成,這樣高的燃燒速度仍然慢于通過化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計這樣高的燃燒速度仍然慢于通過化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計算得到的數(shù)值算得到的數(shù)值.實際的均質(zhì)壓燃過程由于缸內(nèi)混合氣溫度分布實際的均質(zhì)壓燃過程由于缸內(nèi)混合氣溫度分布不均勻不均勻,不可能同時燃燒不可能同時燃燒,因此延緩了燃燒速度因此延緩了燃燒速度. 均質(zhì)壓燃的燃燒速度取決于混合氣的稀釋程度以及燃燒開始均質(zhì)壓燃的燃燒速度取決于混合氣的稀釋程度以及燃燒開始的時間的時間.

17、混合氣的空燃比愈小混合氣的空燃比愈小,單位質(zhì)量混合氣所含的化學(xué)能愈單位質(zhì)量混合氣所含的化學(xué)能愈多多,燃燒一開始釋放的能量也愈多燃燒一開始釋放的能量也愈多.較多的熱能促使周圍未燃混較多的熱能促使周圍未燃混合氣的化學(xué)反應(yīng)加快合氣的化學(xué)反應(yīng)加快,宏觀上全部混合氣的燃燒速度也更高宏觀上全部混合氣的燃燒速度也更高.燃燃燒開始時間推遲燒開始時間推遲,燃燒室體積從壓縮轉(zhuǎn)為膨脹燃燒室體積從壓縮轉(zhuǎn)為膨脹,因此燃?xì)獾臏囟纫虼巳細(xì)獾臏囟壬邷p小升高減小,進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)減慢進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)減慢,宏觀上全部混合氣的燃燒速宏觀上全部混合氣的燃燒速度也下降度也下降.與均質(zhì)壓燃相似與均質(zhì)壓燃相似,點燃式燃燒速度也受點火時刻

18、的影點燃式燃燒速度也受點火時刻的影響響,但是由于兩種燃燒的機(jī)理不同但是由于兩種燃燒的機(jī)理不同,燃燒開始的時間對均質(zhì)壓燃燃燒開始的時間對均質(zhì)壓燃燃燒速度的影響要遠(yuǎn)大于對點燃式汽油機(jī)燃燒速度的影響燃燒速度的影響要遠(yuǎn)大于對點燃式汽油機(jī)燃燒速度的影響.三、均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的熱效率三、均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的熱效率 采用采用均質(zhì)壓燃使汽油機(jī)有可能獲得迄今為止最高的部分均質(zhì)壓燃使汽油機(jī)有可能獲得迄今為止最高的部分負(fù)荷工況下的熱效率負(fù)荷工況下的熱效率。 內(nèi)燃機(jī)的壓縮比對熱效率有很大影響內(nèi)燃機(jī)的壓縮比對熱效率有很大影響.點燃式汽油機(jī)包括分層點燃式汽油機(jī)包括分層稀薄燃燒汽油機(jī)的壓縮比受到爆震的限制稀薄燃燒汽油機(jī)的壓縮比受

19、到爆震的限制,而均質(zhì)壓燃汽油機(jī)而均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的工作粗暴程度或的工作粗暴程度或“爆震爆震”取決于混合氣的稀釋程度取決于混合氣的稀釋程度,因此壓因此壓縮比基本上不受爆震的限制縮比基本上不受爆震的限制,因此壓縮比可以提高到柴油機(jī)的因此壓縮比可以提高到柴油機(jī)的 水平水平,使熱效率得到提高使熱效率得到提高. 進(jìn)氣節(jié)流和混合氣的比熱容也影響熱效率進(jìn)氣節(jié)流和混合氣的比熱容也影響熱效率.點燃式汽油機(jī)部分點燃式汽油機(jī)部分負(fù)荷時節(jié)氣門引起的進(jìn)氣節(jié)流造成內(nèi)燃機(jī)的泵氣損失負(fù)荷時節(jié)氣門引起的進(jìn)氣節(jié)流造成內(nèi)燃機(jī)的泵氣損失,影響熱影響熱效率效率.混合氣的空燃比直接影響混合氣中多原子分子所占的比混合氣的空燃比直接影響混合氣

20、中多原子分子所占的比例例,從而影響混合氣的絕熱指數(shù)從而影響混合氣的絕熱指數(shù)K(K=cp/co).混合氣愈稀混合氣愈稀,K數(shù)值數(shù)值愈大愈大,熱效率愈高熱效率愈高.分層稀薄燃燒系統(tǒng)空燃比可達(dá)分層稀薄燃燒系統(tǒng)空燃比可達(dá)50,均質(zhì)壓燃均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)最高甚至達(dá)到燃燒系統(tǒng)最高甚至達(dá)到170,但由于但由于CO的氧化需要在的氧化需要在1200以以上的高溫上的高溫,限制了最大空燃比限制了最大空燃比,但均質(zhì)壓燃仍然可達(dá)但均質(zhì)壓燃仍然可達(dá)70-80,可以可以和柴油機(jī)相似和柴油機(jī)相似. 內(nèi)燃機(jī)的傳熱損失和燃?xì)夥肿釉诟邷叵码x解的現(xiàn)象都影響熱內(nèi)燃機(jī)的傳熱損失和燃?xì)夥肿釉诟邷叵码x解的現(xiàn)象都影響熱效率效率.由于均質(zhì)壓燃汽油

21、機(jī)的混合氣被空氣或殘余廢氣所稀釋由于均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的混合氣被空氣或殘余廢氣所稀釋,燃燒溫度很低燃燒溫度很低,燃?xì)庾罡邷囟纫话悴怀^燃?xì)庾罡邷囟纫话悴怀^1600,因此燃?xì)夥肿右虼巳細(xì)夥肿拥碾x解現(xiàn)象基本可以避免的離解現(xiàn)象基本可以避免.同時使得燃燒系統(tǒng)的傳熱損失比任同時使得燃燒系統(tǒng)的傳熱損失比任何內(nèi)燃機(jī)都小何內(nèi)燃機(jī)都小. 燃燒開始放熱的時間對熱效率有相當(dāng)?shù)挠绊懭紵_始放熱的時間對熱效率有相當(dāng)?shù)挠绊?比較發(fā)現(xiàn)比較發(fā)現(xiàn),只有分只有分層燃燒點燃式汽油機(jī)的點火時間因受到火花間隙處空燃比變層燃燒點燃式汽油機(jī)的點火時間因受到火花間隙處空燃比變化的限制化的限制,點火和點火和著火著火時間受到限制時間受到限制,影響

22、熱效率影響熱效率.包括均質(zhì)壓燃包括均質(zhì)壓燃汽油機(jī)在內(nèi)的各種內(nèi)燃機(jī)的汽油機(jī)在內(nèi)的各種內(nèi)燃機(jī)的著火著火時間從原則上將并不受到限時間從原則上將并不受到限制制,因此可以控制因此可以控制著火著火時間達(dá)到較高的熱效率時間達(dá)到較高的熱效率.但是但是,在接近怠速在接近怠速的低負(fù)荷工況的低負(fù)荷工況,均質(zhì)壓燃的均質(zhì)壓燃的著火著火時間受到燃燒效率的限制時間受到燃燒效率的限制,對熱對熱效率有一定影響效率有一定影響. 內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械摩擦損失對有效熱效率有很大的影響機(jī)械摩擦損失對有效熱效率有很大的影響,尤其是柴尤其是柴油機(jī)油機(jī).與柴油機(jī)相比與柴油機(jī)相比,均質(zhì)壓燃汽油機(jī)僅在部分負(fù)荷工況采用均均質(zhì)壓燃汽油機(jī)僅在部分負(fù)荷

23、工況采用均質(zhì)壓燃質(zhì)壓燃,其氣缸爆發(fā)壓力僅略高于點燃式汽油機(jī)其氣缸爆發(fā)壓力僅略高于點燃式汽油機(jī),因此結(jié)構(gòu)設(shè)計因此結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度接近于點燃式汽油機(jī)強(qiáng)度接近于點燃式汽油機(jī),使機(jī)械摩擦損失比柴油機(jī)小得多使機(jī)械摩擦損失比柴油機(jī)小得多. 由于均質(zhì)壓燃可以使用非常稀的混合氣，使燃?xì)獾淖罡哂捎诰|(zhì)壓燃可以使用非常稀的混合氣，使燃?xì)獾淖罡邷囟炔怀^溫度不超過16001600,排氣中的排氣中的NONOX X超低超低,減輕了排氣后處理減輕了排氣后處理的困難的困難.當(dāng)燃?xì)鉁囟瘸^當(dāng)燃?xì)鉁囟瘸^16001600時時,NONOX X排放排放開始急劇升高開始急劇升高. 稀混合氣導(dǎo)致排氣中的稀混合氣導(dǎo)致排氣中的COCO很低很低

24、,但當(dāng)燃?xì)鉁囟鹊陀诘?dāng)燃?xì)鉁囟鹊陀?2001200時時,COCO進(jìn)一步氧化的能力下降進(jìn)一步氧化的能力下降,CO,CO排放排放急劇增加急劇增加.要要擴(kuò)大均質(zhì)壓燃工作區(qū)域至擴(kuò)大均質(zhì)壓燃工作區(qū)域至低負(fù)荷區(qū)域低負(fù)荷區(qū)域,必須采取措施控必須采取措施控制制COCO排放排放. . 均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的HCHC排放介于電噴汽油機(jī)和分層稀薄燃排放介于電噴汽油機(jī)和分層稀薄燃燒直噴汽油機(jī)之間燒直噴汽油機(jī)之間.均質(zhì)壓燃混合氣于壓縮行程開始之均質(zhì)壓燃混合氣于壓縮行程開始之前就已經(jīng)形成前就已經(jīng)形成, HCHC排放主要取決于第一道活塞環(huán)上面的排放主要取決于第一道活塞環(huán)上面的活塞頭部與氣缸壁之間的縫隙大小活塞頭部

25、與氣缸壁之間的縫隙大小,均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的壓縮比高壓縮比高,更多的混合氣進(jìn)入縫隙更多的混合氣進(jìn)入縫隙, 使使HCHC排放增加排放增加.低負(fù)低負(fù)荷時混合氣過稀荷時混合氣過稀,不完全燃燒增加不完全燃燒增加, HCHC排放增加排放增加.五、均質(zhì)壓燃著火時間的控制五、均質(zhì)壓燃著火時間的控制 點燃汽油機(jī)與壓燃柴油機(jī)是通過點火或噴油時間來直接點燃汽油機(jī)與壓燃柴油機(jī)是通過點火或噴油時間來直接控制控制著火著火時間時間,均質(zhì)壓燃的均質(zhì)壓燃的著火著火時間只能通過時間只能通過間接方法間接方法控制控制. 均質(zhì)壓燃的燃燒是由于缸內(nèi)混合氣在壓縮過程中達(dá)到自均質(zhì)壓燃的燃燒是由于缸內(nèi)混合氣在壓縮過程中達(dá)到自燃溫

26、度而發(fā)生的燃溫度而發(fā)生的,因此因此,控制混合氣溫度是均質(zhì)壓燃控制控制混合氣溫度是均質(zhì)壓燃控制著火著火時間的最有效的方法時間的最有效的方法. 混合氣的溫度受到壓縮比、進(jìn)氣溫度和殘余廢氣的直接混合氣的溫度受到壓縮比、進(jìn)氣溫度和殘余廢氣的直接影響影響. 可變壓縮比可變壓縮比發(fā)動機(jī)可在一個很大的范圍內(nèi)控制混合氣溫發(fā)動機(jī)可在一個很大的范圍內(nèi)控制混合氣溫度度,滿足各種工況下對滿足各種工況下對著火著火時間的控制要求時間的控制要求.但機(jī)構(gòu)復(fù)雜、但機(jī)構(gòu)復(fù)雜、笨重笨重,很難滿足快速精確控制的要求很難滿足快速精確控制的要求. 直接控制進(jìn)氣溫度直接控制進(jìn)氣溫度可以有效地控制混合氣溫度可以有效地控制混合氣溫度,從而滿從

27、而滿足各種工況下對足各種工況下對著火著火時間的控制時間的控制.但困難在進(jìn)氣系統(tǒng)的但困難在進(jìn)氣系統(tǒng)的熱慣性難以實現(xiàn)快速溫度調(diào)節(jié)熱慣性難以實現(xiàn)快速溫度調(diào)節(jié). 改變殘余廢氣量改變殘余廢氣量可以影響混合氣溫度可以影響混合氣溫度,實現(xiàn)對實現(xiàn)對著火著火時間時間的控制的控制.但最大殘余廢氣量受到燃燒需要氧氣量的限制但最大殘余廢氣量受到燃燒需要氧氣量的限制,使得溫度控制范圍較窄使得溫度控制范圍較窄.大量增加殘余廢氣也使得混合大量增加殘余廢氣也使得混合氣的比熱比氣的比熱比K降低降低,影響熱效率影響熱效率.控制殘余廢氣量的優(yōu)點控制殘余廢氣量的優(yōu)點是可以比較容易通過對氣門定時的控制來實現(xiàn)是可以比較容易通過對氣門定時

28、的控制來實現(xiàn)(排氣門排氣門上止點提前關(guān)閉可控制缸內(nèi)殘余廢氣量上止點提前關(guān)閉可控制缸內(nèi)殘余廢氣量),是控制混合氣是控制混合氣溫度的優(yōu)選方案溫度的優(yōu)選方案. 增加一次先期燃燒增加一次先期燃燒對氣體進(jìn)行加熱并對加熱量進(jìn)行控制對氣體進(jìn)行加熱并對加熱量進(jìn)行控制也能控制混合氣溫度也能控制混合氣溫度.如在缸內(nèi)先期噴入少量汽油或在如在缸內(nèi)先期噴入少量汽油或在進(jìn)氣道內(nèi)使少量汽油先期燃燒進(jìn)氣道內(nèi)使少量汽油先期燃燒.控制難度較大或結(jié)構(gòu)復(fù)控制難度較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜雜,而且先期燃燒不作功而且先期燃燒不作功,降低了熱效率降低了熱效率. 混合氣的自燃溫度取決于燃油的特性混合氣的自燃溫度取決于燃油的特性,因此因此控制燃油特性控制

29、燃油特性也可以也可以控制著火時間控制著火時間.如果采用雙燃料并且兩種燃料的自燃溫度有較大如果采用雙燃料并且兩種燃料的自燃溫度有較大的不同的不同,例如采用天然氣和二甲醚例如采用天然氣和二甲醚,則可通過改變兩種燃料的比例則可通過改變兩種燃料的比例來控制混合氣的自燃溫度來控制混合氣的自燃溫度.缺點是增加了燃油供給系統(tǒng)的復(fù)雜性缺點是增加了燃油供給系統(tǒng)的復(fù)雜性,而且對著火時間的控制非常有限而且對著火時間的控制非常有限. 如果采用缸內(nèi)直噴如果采用缸內(nèi)直噴,則可通過則可通過改變噴油時間改變噴油時間來控制著火時間來控制著火時間.實驗實驗表明當(dāng)噴油時間被推遲至壓縮過程后期表明當(dāng)噴油時間被推遲至壓縮過程后期,由于

30、壓縮后氣體溫度較由于壓縮后氣體溫度較高高,使先噴射出的燃油所形成的混合氣更早地達(dá)到自燃溫度使先噴射出的燃油所形成的混合氣更早地達(dá)到自燃溫度,均質(zhì)均質(zhì)壓燃的主要放熱時間會有所提前壓燃的主要放熱時間會有所提前.但控制著火時間的效果和范圍但控制著火時間的效果和范圍有限有限.此外此外,推遲噴油時間會造成油氣分布不均勻推遲噴油時間會造成油氣分布不均勻,出現(xiàn)較濃混合氣出現(xiàn)較濃混合氣,燃燒放熱速度較快燃燒放熱速度較快,避免了燃燒持續(xù)時間延長避免了燃燒持續(xù)時間延長,對熱效率影響不大對熱效率影響不大,但可能使但可能使NONOX X增加增加,甚至出現(xiàn)顆粒排放甚至出現(xiàn)顆粒排放. 增加火花塞點火裝置增加火花塞點火裝置

31、,改變點火時刻對著火時間進(jìn)行控制改變點火時刻對著火時間進(jìn)行控制.當(dāng)混合當(dāng)混合氣溫度在壓縮上止點附近非常接近自燃溫度氣溫度在壓縮上止點附近非常接近自燃溫度,稍許外加一些能量稍許外加一些能量就有可能觸發(fā)燃燒就有可能觸發(fā)燃燒.但是由于均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的混合氣非常稀但是由于均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的混合氣非常稀,這這樣的著火時間控制范圍非常有限樣的著火時間控制范圍非常有限.六、混合氣自燃所需要的內(nèi)能六、混合氣自燃所需要的內(nèi)能 由于汽油的自燃溫度比較高由于汽油的自燃溫度比較高,要使混合氣能從室溫經(jīng)過要使混合氣能從室溫經(jīng)過壓縮達(dá)到自燃溫度壓縮達(dá)到自燃溫度,壓縮比需要達(dá)到壓縮比需要達(dá)到22左右左右.顯然顯然,將導(dǎo)致將導(dǎo)

32、致發(fā)動機(jī)工作粗暴發(fā)動機(jī)工作粗暴(在較高負(fù)荷時接近于點燃式汽油機(jī)的在較高負(fù)荷時接近于點燃式汽油機(jī)的爆震爆震).對較低的壓縮比對較低的壓縮比,需要其它熱源需要其它熱源-殘余廢氣加熱殘余廢氣加熱. 殘余廢氣的熱量可以提高混合氣溫度殘余廢氣的熱量可以提高混合氣溫度,使其在壓縮上止使其在壓縮上止點附近自燃點附近自燃.此外此外,還可促使汽油蒸發(fā)還可促使汽油蒸發(fā),使混合氣均勻使混合氣均勻.殘殘余廢氣中氧濃度低余廢氣中氧濃度低,減緩自燃反應(yīng)速度減緩自燃反應(yīng)速度,減緩燃燒放熱率減緩燃燒放熱率,減輕壓力波動減輕壓力波動;殘余廢氣提高混合氣的比熱殘余廢氣提高混合氣的比熱,降低了自燃降低了自燃反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度;殘余廢

33、氣的活化基可參與燃燒反應(yīng)殘余廢氣的活化基可參與燃燒反應(yīng),促進(jìn)自燃促進(jìn)自燃反應(yīng)反應(yīng).殘余廢氣量可以通過改變排氣門的定時來控制殘余廢氣量可以通過改變排氣門的定時來控制. 類似于目前國外流行的柴油添加劑類似于目前國外流行的柴油添加劑,提高燃料的自燃性提高燃料的自燃性能能(不清楚不清楚).七、均質(zhì)壓燃的工作區(qū)域及擴(kuò)展方法七、均質(zhì)壓燃的工作區(qū)域及擴(kuò)展方法 均質(zhì)壓燃的工作范圍往往小于點燃式汽油機(jī)的工作范圍均質(zhì)壓燃的工作范圍往往小于點燃式汽油機(jī)的工作范圍. 均質(zhì)壓燃燃燒需要使用稀混合氣或被大量殘余廢氣所稀釋的混合均質(zhì)壓燃燃燒需要使用稀混合氣或被大量殘余廢氣所稀釋的混合氣氣. 當(dāng)供油量隨負(fù)荷增加當(dāng)供油量隨負(fù)荷

34、增加,單位質(zhì)量混合氣所含的化學(xué)能增加單位質(zhì)量混合氣所含的化學(xué)能增加,一方面一方面燃燒速度會進(jìn)一步加快使工作粗暴燃燒速度會進(jìn)一步加快使工作粗暴,甚至出現(xiàn)類似點燃汽油機(jī)爆甚至出現(xiàn)類似點燃汽油機(jī)爆震的缸內(nèi)壓力波動震的缸內(nèi)壓力波動.另一方面另一方面,燃?xì)鉁囟葧呷細(xì)鉁囟葧?當(dāng)溫度超過當(dāng)溫度超過1600以上時會使以上時會使NOX的生成速度迅速增加的生成速度迅速增加,造成造成NOX排放的增加排放的增加.這樣這樣,當(dāng)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的平均有效壓力接近常規(guī)汽油機(jī)的一半時當(dāng)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的平均有效壓力接近常規(guī)汽油機(jī)的一半時,均均質(zhì)壓燃會遇到其工作范圍的上限（有資料介紹可達(dá)質(zhì)壓燃會遇到其工作范圍的上限（有資料

35、介紹可達(dá)75%負(fù)荷）負(fù)荷）. 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷增加當(dāng)內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷增加,混合氣變濃混合氣變濃,均質(zhì)壓燃著火時間的控制也變得均質(zhì)壓燃著火時間的控制也變得越來越困難越來越困難.如果通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣溫度來控制均質(zhì)壓燃的著火時間如果通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣溫度來控制均質(zhì)壓燃的著火時間,可以發(fā)現(xiàn)隨著混合氣變濃可以發(fā)現(xiàn)隨著混合氣變濃,燃燒速度加快燃燒速度加快,著火時間對進(jìn)氣溫度的著火時間對進(jìn)氣溫度的變化更為敏感變化更為敏感.這使得進(jìn)氣溫度的控制必須更精確這使得進(jìn)氣溫度的控制必須更精確,溫度調(diào)控范圍溫度調(diào)控范圍變小變小.同時同時,隨著負(fù)荷增加隨著負(fù)荷增加,著火時間應(yīng)當(dāng)盡量推遲以降低燃燒速度著火時間應(yīng)當(dāng)盡量推遲以降低燃燒速度 和避免

36、出現(xiàn)氣缸壓力變動和避免出現(xiàn)氣缸壓力變動.由于由于過分推遲過分推遲著火著火時間會影響混合氣時間會影響混合氣自燃的發(fā)生自燃的發(fā)生,降低燃燒的穩(wěn)定性降低燃燒的穩(wěn)定性，著火著火時間必須控制在更小的范時間必須控制在更小的范圍內(nèi)圍內(nèi),這也使得燃燒的控制更為困難這也使得燃燒的控制更為困難. 均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的上限主要受混合氣空燃比或者殘余廢氣稀釋均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的上限主要受混合氣空燃比或者殘余廢氣稀釋程度的影響程度的影響,因此當(dāng)供油量增加時必須增加缸內(nèi)氣體的質(zhì)量來稀因此當(dāng)供油量增加時必須增加缸內(nèi)氣體的質(zhì)量來稀釋混合氣釋混合氣.進(jìn)氣增壓可直接有效地增加缸內(nèi)氣體的質(zhì)量進(jìn)氣增壓可直接有效地增加缸內(nèi)氣體的質(zhì)量,稀釋

37、混合稀釋混合氣氣,減緩燃燒放熱速度減緩燃燒放熱速度,降低燃?xì)鉁囟群偷趸锏纳伤俣冉档腿細(xì)鉁囟群偷趸锏纳伤俣?使均使均質(zhì)壓燃的工作范圍向高負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展質(zhì)壓燃的工作范圍向高負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展.同時實驗表明同時實驗表明,增壓后燃燒時增壓后燃燒時間對進(jìn)氣溫度變化的敏感度下降間對進(jìn)氣溫度變化的敏感度下降,使進(jìn)氣溫度調(diào)控的范圍增大使進(jìn)氣溫度調(diào)控的范圍增大,減減小燃燒時間控制的困難小燃燒時間控制的困難.通過采用高增壓通過采用高增壓,一臺均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的一臺均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的平均有效壓力曾達(dá)到平均有效壓力曾達(dá)到1.6MPa,此時最大放熱率已被推遲到上止點此時最大放熱率已被推遲到上止點后后12 CA,但氣缸內(nèi)的最

38、高壓力仍高達(dá)但氣缸內(nèi)的最高壓力仍高達(dá)20MPa并伴有缸內(nèi)壓力波并伴有缸內(nèi)壓力波動動. 均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的下限會遇到一氧化碳排放急劇上升均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的下限會遇到一氧化碳排放急劇上升,燃燒過燃燒過程不能完成的限制程不能完成的限制.首先首先,當(dāng)減少供油量使空燃比增加到當(dāng)減少供油量使空燃比增加到70或或80以以上時上時,燃?xì)庾罡邷囟乳_始低于燃?xì)庾罡邷囟乳_始低于1200,CO進(jìn)一步氧化的過程不能進(jìn)一步氧化的過程不能完成完成,可以通過進(jìn)氣節(jié)流或減小進(jìn)氣門升程、提前關(guān)閉進(jìn)氣門來可以通過進(jìn)氣節(jié)流或減小進(jìn)氣門升程、提前關(guān)閉進(jìn)氣門來減少進(jìn)氣量減少進(jìn)氣量.其次其次,隨著負(fù)荷降低隨著負(fù)荷降低,燃燒放熱減少燃燒放熱

39、減少,燃?xì)鉁囟冉档腿細(xì)鉁囟冉档?殘殘余廢氣溫度所含的熱能減少余廢氣溫度所含的熱能減少,這使得均質(zhì)壓燃汽油機(jī)能為混合氣這使得均質(zhì)壓燃汽油機(jī)能為混合氣自燃所提供的熱量減少自燃所提供的熱量減少,最后混合氣不再自燃最后混合氣不再自燃.實際上實際上,當(dāng)混合氣被當(dāng)混合氣被進(jìn)一步稀釋后燃燒速度減慢進(jìn)一步稀釋后燃燒速度減慢,混合氣需要更早地達(dá)到自燃溫度才混合氣需要更早地達(dá)到自燃溫度才能使燃燒放熱持續(xù)時間不變能使燃燒放熱持續(xù)時間不變,這使得低負(fù)荷時對熱能的需求增加這使得低負(fù)荷時對熱能的需求增加.另外另外,均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的下限還受到轉(zhuǎn)速的影響均質(zhì)壓燃工作區(qū)域的下限還受到轉(zhuǎn)速的影響,當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時,氣缸

40、壁傳熱損失增加氣缸壁傳熱損失增加,進(jìn)一步導(dǎo)致發(fā)動機(jī)所能提供的熱能下降進(jìn)一步導(dǎo)致發(fā)動機(jī)所能提供的熱能下降.因因此此,怠速工況應(yīng)用均質(zhì)壓燃是一個困難的課題怠速工況應(yīng)用均質(zhì)壓燃是一個困難的課題.由此可見，由此可見，向混合向混合氣提供足夠的熱能是把均質(zhì)壓燃工作范圍向低負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展的關(guān)鍵。氣提供足夠的熱能是把均質(zhì)壓燃工作范圍向低負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展的關(guān)鍵。八、均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的雙燃燒方式八、均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的雙燃燒方式 均質(zhì)壓燃汽油機(jī)可通過增壓達(dá)到很高的平均有效壓力，但是采用均質(zhì)壓燃汽油機(jī)可通過增壓達(dá)到很高的平均有效壓力，但是采用單一的均質(zhì)壓燃燃燒方式工作的汽油機(jī)有一些困難：單一的均質(zhì)壓燃燃燒方式工作的汽油機(jī)有一些困難

41、： 發(fā)動機(jī)冷啟動很困難。由于冷啟動時機(jī)體溫度很低，進(jìn)氣不發(fā)動機(jī)冷啟動很困難。由于冷啟動時機(jī)體溫度很低，進(jìn)氣不能被機(jī)體加熱，在壓縮過程中傳熱損失大，使混合氣溫度偏能被機(jī)體加熱，在壓縮過程中傳熱損失大，使混合氣溫度偏低，混合氣的自燃發(fā)生困難。低，混合氣的自燃發(fā)生困難。 由于負(fù)荷增加由于負(fù)荷增加,均質(zhì)壓燃汽油機(jī)工作粗暴均質(zhì)壓燃汽油機(jī)工作粗暴,甚至出現(xiàn)類似點燃汽甚至出現(xiàn)類似點燃汽油機(jī)爆震的缸內(nèi)壓力波動油機(jī)爆震的缸內(nèi)壓力波動,因此當(dāng)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的平均有效因此當(dāng)均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的平均有效壓力接近常規(guī)汽油機(jī)的一半時壓力接近常規(guī)汽油機(jī)的一半時,均質(zhì)壓燃會遇到其工作范圍的均質(zhì)壓燃會遇到其工作范圍的上限上限.因此

42、因此,均質(zhì)壓燃汽油機(jī)需要采用高增壓來提高平均有效壓均質(zhì)壓燃汽油機(jī)需要采用高增壓來提高平均有效壓力力,在高負(fù)荷工況時氣缸爆發(fā)壓力很高在高負(fù)荷工況時氣缸爆發(fā)壓力很高,汽油機(jī)機(jī)體必須強(qiáng)化設(shè)汽油機(jī)機(jī)體必須強(qiáng)化設(shè)計計,發(fā)動機(jī)重量增加發(fā)動機(jī)重量增加. 為了克服工作范圍的上下限和冷啟動限制為了克服工作范圍的上下限和冷啟動限制,多數(shù)研究者采用均質(zhì)多數(shù)研究者采用均質(zhì)壓燃和點燃的雙燃燒方式壓燃和點燃的雙燃燒方式:在部分負(fù)荷工況采用均質(zhì)壓燃而在冷在部分負(fù)荷工況采用均質(zhì)壓燃而在冷啟動、暖機(jī)和高負(fù)荷、怠速工況等上下限工作范圍采用點燃。啟動、暖機(jī)和高負(fù)荷、怠速工況等上下限工作范圍采用點燃。九、燃燒方式轉(zhuǎn)換九、燃燒方式轉(zhuǎn)換

43、 采用雙燃燒方式的汽油機(jī)必須在運轉(zhuǎn)時能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒方采用雙燃燒方式的汽油機(jī)必須在運轉(zhuǎn)時能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒方式的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。燃燒方式的轉(zhuǎn)換是通過改變缸內(nèi)工作狀式的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。燃燒方式的轉(zhuǎn)換是通過改變缸內(nèi)工作狀況來實現(xiàn)的。況來實現(xiàn)的。 均質(zhì)壓燃與點燃燃燒的缸內(nèi)工作狀況的一個根本區(qū)別就均質(zhì)壓燃與點燃燃燒的缸內(nèi)工作狀況的一個根本區(qū)別就是混合氣被稀釋的程度不同。均質(zhì)壓燃燃燒必須使用被是混合氣被稀釋的程度不同。均質(zhì)壓燃燃燒必須使用被空氣或大量殘余廢氣所稀釋的混合氣，而點燃燃燒混合空氣或大量殘余廢氣所稀釋的混合氣，而點燃燃燒混合氣的空燃比需要低于氣的空燃比需要低于20，并且殘余廢氣系數(shù)不能太大。，并且殘余廢氣系數(shù)不能太

44、大。其次，兩種不同燃燒方式所需要的混合氣溫度有很大不其次，兩種不同燃燒方式所需要的混合氣溫度有很大不同。均質(zhì)壓燃燃燒的混合氣在壓縮上止點附近需要達(dá)到同。均質(zhì)壓燃燃燒的混合氣在壓縮上止點附近需要達(dá)到800左右的自燃溫度，而點燃燃燒混合氣的溫度必須左右的自燃溫度，而點燃燃燒混合氣的溫度必須大幅度降低以減小燃燒的爆震傾向。大幅度降低以減小燃燒的爆震傾向。 一定質(zhì)量的空氣所形成的混合氣在上止點附近的溫度主一定質(zhì)量的空氣所形成的混合氣在上止點附近的溫度主要取決于四個控制參數(shù)：有效壓縮比、進(jìn)氣溫度、殘余要取決于四個控制參數(shù)：有效壓縮比、進(jìn)氣溫度、殘余廢氣系數(shù)及殘余廢氣溫度。在進(jìn)行燃燒方式轉(zhuǎn)換時，這廢氣系數(shù)

45、及殘余廢氣溫度。在進(jìn)行燃燒方式轉(zhuǎn)換時，這個或這幾個控制參數(shù)必須迅速改變。最終，每個循環(huán)的個或這幾個控制參數(shù)必須迅速改變。最終，每個循環(huán)的供油量也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整以保持燃燒方式轉(zhuǎn)換前后的平均供油量也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整以保持燃燒方式轉(zhuǎn)換前后的平均有效壓力基本部變，實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。有效壓力基本部變，實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。 從點燃到均質(zhì)壓燃以及從均質(zhì)壓燃到點燃這兩個轉(zhuǎn)換方從點燃到均質(zhì)壓燃以及從均質(zhì)壓燃到點燃這兩個轉(zhuǎn)換方向的困難程度有很大不同。由于點燃著火的時間是由點向的困難程度有很大不同。由于點燃著火的時間是由點火時間直接控制，對缸內(nèi)工作狀況的變化不敏感。從均火時間直接控制，對缸內(nèi)工作狀況的變化不敏感。從均質(zhì)壓燃轉(zhuǎn)換為點

46、燃時對參數(shù)的控制不需要非常精確。相質(zhì)壓燃轉(zhuǎn)換為點燃時對參數(shù)的控制不需要非常精確。相反，均質(zhì)壓燃著火時間的控制是通過對混合氣溫度的調(diào)反，均質(zhì)壓燃著火時間的控制是通過對混合氣溫度的調(diào)節(jié)進(jìn)行間接控制，因此對控制混合氣溫度的變化非常敏節(jié)進(jìn)行間接控制，因此對控制混合氣溫度的變化非常敏感，控制要求高。感，控制要求高。 由于燃燒方式的轉(zhuǎn)換是一個動態(tài)過程，對燃燒方式轉(zhuǎn)換由于燃燒方式的轉(zhuǎn)換是一個動態(tài)過程，對燃燒方式轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制必須考慮到動態(tài)過程的影響。例如，在以點燃進(jìn)行控制必須考慮到動態(tài)過程的影響。例如，在以點燃方式工作時，混合氣的空燃比較低，燃?xì)鉁囟雀撸瑲堄喾绞焦ぷ鲿r，混合氣的空燃比較低，燃?xì)鉁囟雀撸瑲堄鄰U氣

47、的溫度也高。在由點燃燃燒方式轉(zhuǎn)換為均質(zhì)壓燃燃廢氣的溫度也高。在由點燃燃燒方式轉(zhuǎn)換為均質(zhì)壓燃燃燒方式后的第一個循環(huán)，缸內(nèi)的殘余廢氣是前一次點燃燒方式后的第一個循環(huán)，缸內(nèi)的殘余廢氣是前一次點燃燃燒后的氣體，其溫度遠(yuǎn)高于以后均質(zhì)壓燃燃燒所產(chǎn)生燃燒后的氣體，其溫度遠(yuǎn)高于以后均質(zhì)壓燃燃燒所產(chǎn)生的殘余廢氣的溫度。如果殘余廢氣溫度的這種變化在進(jìn)的殘余廢氣的溫度。如果殘余廢氣溫度的這種變化在進(jìn)行燃燒方式轉(zhuǎn)換時沒有加以考慮和補(bǔ)償，均質(zhì)壓燃著火行燃燒方式轉(zhuǎn)換時沒有加以考慮和補(bǔ)償，均質(zhì)壓燃著火時間的控制就會出現(xiàn)很大的波動。時間的控制就會出現(xiàn)很大的波動。十、對汽油均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的要求十、對汽油均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的要求

48、 首先首先,應(yīng)用均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的汽油機(jī)應(yīng)用均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的汽油機(jī)必須能夠冷啟動必須能夠冷啟動并能在從怠速到滿負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速很寬的范圍工作并能在從怠速到滿負(fù)荷和高轉(zhuǎn)速很寬的范圍工作,而且而且負(fù)荷和轉(zhuǎn)速必須可以迅速改變負(fù)荷和轉(zhuǎn)速必須可以迅速改變.采用點燃和均質(zhì)壓燃雙采用點燃和均質(zhì)壓燃雙燃燒方式工作的燃燒系統(tǒng)能解決工作范圍和冷啟動的問燃燒方式工作的燃燒系統(tǒng)能解決工作范圍和冷啟動的問題題.燃燒方式的轉(zhuǎn)換可通過對缸內(nèi)工作狀態(tài)的迅速改變?nèi)紵绞降霓D(zhuǎn)換可通過對缸內(nèi)工作狀態(tài)的迅速改變而實現(xiàn)而實現(xiàn).在以均質(zhì)壓燃方式工作時在以均質(zhì)壓燃方式工作時,當(dāng)工況迅速變化時需當(dāng)工況迅速變化時需要對燃燒開始放熱的時間進(jìn)行良好

49、的控制要對燃燒開始放熱的時間進(jìn)行良好的控制.在點燃方式在點燃方式工作時工況迅速變化的控制非常成熟工作時工況迅速變化的控制非常成熟. 雙燃燒方式工作的燃燒系統(tǒng)雙燃燒方式工作的燃燒系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)外界環(huán)境溫度的變應(yīng)能適應(yīng)外界環(huán)境溫度的變化化.當(dāng)環(huán)境溫度降低時當(dāng)環(huán)境溫度降低時,均質(zhì)壓燃的工作范圍迅速縮小。均質(zhì)壓燃的工作范圍迅速縮小。 除了滿足尾氣排放法規(guī)外除了滿足尾氣排放法規(guī)外,燃燒噪聲、振動應(yīng)限制在一燃燒噪聲、振動應(yīng)限制在一定水平定水平.十一、可控自燃燃燒系統(tǒng)（十一、可控自燃燃燒系統(tǒng)（CAI） 正在研制的車用動力的汽油均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)稱為可控自燃正在研制的車用動力的汽油均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)稱為可控自燃（C

50、AI）燃燒系統(tǒng)。）燃燒系統(tǒng)。(Controlled auto ignition) 這類系統(tǒng)的主要特點是通過改變進(jìn)排氣門的開閉時間來大幅度增這類系統(tǒng)的主要特點是通過改變進(jìn)排氣門的開閉時間來大幅度增加殘余廢氣系數(shù)加殘余廢氣系數(shù),提高混合氣溫度提高混合氣溫度,使混合氣在壓縮過程的終點能使混合氣在壓縮過程的終點能達(dá)到自燃溫度達(dá)到自燃溫度. 在以均質(zhì)壓燃方式工作時在以均質(zhì)壓燃方式工作時,排氣門在上止點前數(shù)十度曲軸轉(zhuǎn)角就排氣門在上止點前數(shù)十度曲軸轉(zhuǎn)角就提前關(guān)閉提前關(guān)閉,使相當(dāng)一部分廢氣不能排出氣缸而成為下循環(huán)的殘余使相當(dāng)一部分廢氣不能排出氣缸而成為下循環(huán)的殘余廢氣廢氣.當(dāng)排氣門提前關(guān)閉后當(dāng)排氣門提前關(guān)閉后

51、,缸內(nèi)氣體由于活塞繼續(xù)上行受到壓縮缸內(nèi)氣體由于活塞繼續(xù)上行受到壓縮.為避免進(jìn)氣門打開時缸內(nèi)壓縮氣體突然膨脹為避免進(jìn)氣門打開時缸內(nèi)壓縮氣體突然膨脹(反流到進(jìn)氣道內(nèi)反流到進(jìn)氣道內(nèi)),不不再能對活塞作功再能對活塞作功,造成能量損失造成能量損失,進(jìn)氣門打開的時間被推遲到上止進(jìn)氣門打開的時間被推遲到上止點后即直至缸內(nèi)壓力降至環(huán)境壓力再打開點后即直至缸內(nèi)壓力降至環(huán)境壓力再打開.這樣進(jìn)、排氣門打開這樣進(jìn)、排氣門打開的時間不再重疊的時間不再重疊,反而有相當(dāng)大的時間間隔反而有相當(dāng)大的時間間隔,稱為負(fù)的氣門重疊稱為負(fù)的氣門重疊.排排氣門提前關(guān)閉角對缸內(nèi)殘余廢氣量直接影響氣門提前關(guān)閉角對缸內(nèi)殘余廢氣量直接影響,而進(jìn)

52、氣門遲后開啟而進(jìn)氣門遲后開啟角對缸內(nèi)殘余廢氣量影響較小角對缸內(nèi)殘余廢氣量影響較小,因為反流到進(jìn)氣道內(nèi)的殘余廢氣因為反流到進(jìn)氣道內(nèi)的殘余廢氣在進(jìn)氣門開啟時又被吸入到氣缸內(nèi)在進(jìn)氣門開啟時又被吸入到氣缸內(nèi). CAI可控自燃燃燒系統(tǒng)通過對氣門開閉時間的控制調(diào)節(jié)可控自燃燃燒系統(tǒng)通過對氣門開閉時間的控制調(diào)節(jié)殘余廢氣系數(shù)和混合氣溫度殘余廢氣系數(shù)和混合氣溫度.這類均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的壓這類均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的壓縮比通常與點燃汽油機(jī)相同縮比通常與點燃汽油機(jī)相同,大約為大約為10或略高或略高. 由于壓縮比與點燃汽油機(jī)相同由于壓縮比與點燃汽油機(jī)相同,高負(fù)荷工況轉(zhuǎn)換到點燃高負(fù)荷工況轉(zhuǎn)換到點燃方式工作并不困難方式工作并不困難,

53、只要降低殘余廢氣系數(shù)并控制進(jìn)氣只要降低殘余廢氣系數(shù)并控制進(jìn)氣壓力就可以實現(xiàn)壓力就可以實現(xiàn).燃燒方式的轉(zhuǎn)換主要是通過改變進(jìn)排燃燒方式的轉(zhuǎn)換主要是通過改變進(jìn)排氣門的開閉時間來完成的氣門的開閉時間來完成的,即從負(fù)的氣門重疊轉(zhuǎn)換為正即從負(fù)的氣門重疊轉(zhuǎn)換為正的氣門重疊的氣門重疊.從壓力示功圖上可以看到轉(zhuǎn)換的結(jié)果從壓力示功圖上可以看到轉(zhuǎn)換的結(jié)果.例如例如,如果不知道是否已處于均質(zhì)壓燃方式工作如果不知道是否已處于均質(zhì)壓燃方式工作,可以讓點火可以讓點火系統(tǒng)工作系統(tǒng)工作,將點火提前角較大幅度地變化將點火提前角較大幅度地變化,如果壓力示功如果壓力示功圖不發(fā)生變化圖不發(fā)生變化,即已經(jīng)處于均質(zhì)壓燃方式工作狀態(tài)即已經(jīng)處

54、于均質(zhì)壓燃方式工作狀態(tài),此時此時的點火只相當(dāng)于多了一個著火點的點火只相當(dāng)于多了一個著火點.由于點燃燃燒所產(chǎn)生由于點燃燃燒所產(chǎn)生的殘余廢氣溫度較高的殘余廢氣溫度較高,從點燃方式轉(zhuǎn)換到均質(zhì)壓燃方式從點燃方式轉(zhuǎn)換到均質(zhì)壓燃方式工作后的第一個循環(huán)混合氣溫度可能過高工作后的第一個循環(huán)混合氣溫度可能過高,使著火過早使著火過早,通過適當(dāng)?shù)目刂七@個問題可以得到解決通過適當(dāng)?shù)目刂七@個問題可以得到解決. CAI燃燒系統(tǒng)的最大優(yōu)點是比較簡單，除了發(fā)動機(jī)缸蓋、氣門機(jī)燃燒系統(tǒng)的最大優(yōu)點是比較簡單，除了發(fā)動機(jī)缸蓋、氣門機(jī)構(gòu)改造外，其它部分沿用常規(guī)汽油機(jī)。構(gòu)改造外，其它部分沿用常規(guī)汽油機(jī)。 CAI燃燒系統(tǒng)的主要缺點是在以均

55、質(zhì)壓燃方式工作時熱效率提高燃燒系統(tǒng)的主要缺點是在以均質(zhì)壓燃方式工作時熱效率提高的幅度小以及均質(zhì)壓燃的工作區(qū)域比其它均質(zhì)壓燃系統(tǒng)的工作區(qū)的幅度小以及均質(zhì)壓燃的工作區(qū)域比其它均質(zhì)壓燃系統(tǒng)的工作區(qū)域小。域小。 兩個對熱效率有很大影響的因素：壓縮比和空燃比沒有得到改善，兩個對熱效率有很大影響的因素：壓縮比和空燃比沒有得到改善，僅僅依靠減少減少泵氣損失，減少傳熱損失以及減少燃?xì)夥肿痈邇H僅依靠減少減少泵氣損失，減少傳熱損失以及減少燃?xì)夥肿痈邷仉x解的損失來提高熱效率。這種利用內(nèi)部廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)廢氣溫離解的損失來提高熱效率。這種利用內(nèi)部廢氣再循環(huán)調(diào)節(jié)廢氣系數(shù)來控制著火時間的調(diào)控范圍較窄，不易在各種工況下都能控

56、系數(shù)來控制著火時間的調(diào)控范圍較窄，不易在各種工況下都能控制在最佳著火時間，常會造成燃燒時間的損失，此外，排氣門提制在最佳著火時間，常會造成燃燒時間的損失，此外，排氣門提前關(guān)閉也會造成壓縮負(fù)功損失。很多實驗結(jié)果表明，可控自燃汽前關(guān)閉也會造成壓縮負(fù)功損失。很多實驗結(jié)果表明，可控自燃汽油機(jī)在以均質(zhì)壓燃方式工作時其熱效率與分層燃燒汽油機(jī)相當(dāng)。油機(jī)在以均質(zhì)壓燃方式工作時其熱效率與分層燃燒汽油機(jī)相當(dāng)。據(jù)介紹，采用分層燃燒技術(shù)可提高車用汽油機(jī)平均燃油效率據(jù)介紹，采用分層燃燒技術(shù)可提高車用汽油機(jī)平均燃油效率10，采用采用CAI燃燒系統(tǒng)不大于燃燒系統(tǒng)不大于10。 在高負(fù)荷工況需要增加對混合氣的稀釋程度來抑制燃燒

57、的粗暴性在高負(fù)荷工況需要增加對混合氣的稀釋程度來抑制燃燒的粗暴性和和NOX排放。在低負(fù)荷工況由于較低的壓縮比，殘余廢氣熱量又排放。在低負(fù)荷工況由于較低的壓縮比，殘余廢氣熱量又低，不能滿足均質(zhì)壓燃所需熱能，使工作下限上移。低，不能滿足均質(zhì)壓燃所需熱能，使工作下限上移。 采用缸內(nèi)采用缸內(nèi) 直噴技術(shù)，在排氣門關(guān)閉后向被壓縮的殘余直噴技術(shù)，在排氣門關(guān)閉后向被壓縮的殘余廢氣中噴射少量汽油，使其能象在柴油機(jī)中一樣先期燃廢氣中噴射少量汽油，使其能象在柴油機(jī)中一樣先期燃燒，促使缸內(nèi)氣體溫度提高。這種方法可使燒，促使缸內(nèi)氣體溫度提高。這種方法可使CAI均質(zhì)壓均質(zhì)壓燃燃燒系統(tǒng)的下限向低負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展。但是目前的汽油直

58、燃燃燒系統(tǒng)的下限向低負(fù)荷區(qū)擴(kuò)展。但是目前的汽油直噴系統(tǒng)很難對這樣小的噴油量進(jìn)行精確控制。噴系統(tǒng)很難對這樣小的噴油量進(jìn)行精確控制。 完全可變氣門驅(qū)動的配氣機(jī)構(gòu)出現(xiàn)，使完全可變氣門驅(qū)動的配氣機(jī)構(gòu)出現(xiàn)，使CAI可控自燃燃可控自燃燃燒系統(tǒng)內(nèi)部廢氣再循環(huán)的實現(xiàn)容易精確控制。燒系統(tǒng)內(nèi)部廢氣再循環(huán)的實現(xiàn)容易精確控制。1.汽油機(jī)為什么要發(fā)展汽油機(jī)為什么要發(fā)展HCCI均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)？均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)？ 以稀混合氣工作以稀混合氣工作,絕熱指數(shù)絕熱指數(shù)K大大,可提高循環(huán)的熱效率可提高循環(huán)的熱效率:傳統(tǒng)點傳統(tǒng)點燃式汽油機(jī)混合氣的空燃比受到混合氣點燃和火焰?zhèn)鞑サ南奕际狡蜋C(jī)混合氣的空燃比受到混合氣點燃和火焰?zhèn)?/p>

59、播的限制制, 在理論空燃比附近在理論空燃比附近,一般不超過一般不超過20.發(fā)動機(jī)功率不可能用發(fā)動機(jī)功率不可能用變質(zhì)調(diào)節(jié)變質(zhì)調(diào)節(jié),而只能用進(jìn)氣管節(jié)流的變量調(diào)節(jié)而只能用進(jìn)氣管節(jié)流的變量調(diào)節(jié).由于進(jìn)氣節(jié)流造由于進(jìn)氣節(jié)流造成較大的泵吸損失成較大的泵吸損失,造成低負(fù)荷的燃油經(jīng)濟(jì)性較差造成低負(fù)荷的燃油經(jīng)濟(jì)性較差.缸內(nèi)直噴缸內(nèi)直噴汽油機(jī)部分負(fù)荷采用分層稀薄燃燒汽油機(jī)部分負(fù)荷采用分層稀薄燃燒,空燃比可在空燃比可在25-40. HCCI均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)的空燃比可在均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)的空燃比可在70-80甚至更高甚至更高. 提高汽油機(jī)壓縮比提高汽油機(jī)壓縮比,可提高循環(huán)的熱效率可提高循環(huán)的熱效率:即使分層稀薄

60、燃燒即使分層稀薄燃燒方式的點燃式方式的點燃式GDI汽油機(jī)汽油機(jī),壓縮比也受到爆震的限制壓縮比也受到爆震的限制.而均質(zhì)而均質(zhì)壓燃汽油機(jī)是采用預(yù)混的均勻混合氣自燃燃燒方式壓燃汽油機(jī)是采用預(yù)混的均勻混合氣自燃燃燒方式,需要用需要用過量空氣或大量的殘余廢氣進(jìn)行稀釋過量空氣或大量的殘余廢氣進(jìn)行稀釋以降低燃燒速度以降低燃燒速度, 工作工作粗暴程度或粗暴程度或“爆震爆震”取決于混合氣的稀釋程度取決于混合氣的稀釋程度, 壓縮比基本壓縮比基本上上HCCI汽油機(jī)均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)總結(jié)汽油機(jī)均質(zhì)充量壓燃燃燒系統(tǒng)總結(jié) 不受爆震的限制不受爆震的限制,因此壓縮比可以提高到柴油機(jī)的水平因此壓縮比可以提高到柴油機(jī)的水平,使