HCCI均质混合气压燃技术.doc

均质混合气压燃技术（HCCI）【摘要】HCCI是一种以往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式。这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。【正文】内燃机最主要的燃烧方式有预混合燃烧和扩散燃烧两种然而在液体燃料与空气的上述两种燃烧混合燃烧过程中，在气缸内释放出大量的热量而产生高温高压，这种燃烧过程中高温高压的工质在推动活塞对外做功的同时，空气中的氮气和氧气在高温下反应下形成NO，而且诶燃料在高温下分解或不完全燃烧而形成碳烟，HC和CO等有害排放物。这些排放物对环境的污染，已对地球寿命构成威胁而备受关注。所以，面对石油能源危机，节能与超低排放已成为其面临的重要课题，在这样的背景下开发出新的内燃机燃烧技术，其中具有代表性的就是混合气的均质压燃方式HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机相类似，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过直喷油咀喷进汽缸，HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷出的小油滴在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所以提高了燃油的使用效率（传统的汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量）而且由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门。HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成。另一个特点是燃烧周期很短。因为燃烧过程主要是受化学反应而不是受混合过程的支配，能够使得燃烧周期比传统的柴油机短。而且它采用的燃油辛烷值允许在一个广阔的范围内变动。可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料，也可以采用多种燃料混合燃烧。还可以将对高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的调整，用作在HCCI燃烧中控制燃烧起点和负荷范围的方法。但也有人试图用柴油作为HCCI燃料，效果远不及汽油，为什么呢？因为汽油有较高的挥发性，能够在汽缸内尽快与空气混合形成均匀的油气混合气，而柴油沸点高，与空气较难混合均匀。HCCI发动机的特点是：1. 采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸、在气缸内与空气进行预混合的。2. 采用压缩点燃。在压缩冲程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。3. 采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。4. 为了使均质混合气能够通过压缩而点燃，必要时需对吸入空气进行加热。5. 由于压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门。6. 既然均质混合气是自燃的，所以燃烧大体上是整个气缸内同时开始的。可以采用过量空气或者残余废气达到高度稀释的混合气。7. HCCI发动机采用的燃油辛烷值允许在一个广阔的范围内变动。可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料，也可以采用多种燃料混合燃烧。还可以将对高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的调整，用作在HCCI燃烧中控制燃烧起点和负荷范围的方法。也有人试图用柴油作为HCCI燃料，但效果远不及汽油。实现HCCI燃烧的关键技术就是稀薄混合气在气缸内的均质化和低温稳定燃烧，混合气的均质化，常用喷射时期和内部EGR的协调控制来实现，而低温稳定燃烧时通过燃料和空气的混合比的精确控制，结合压缩比和大量EGR率的精确控制来实现，为此开发了配气相位连续可变的VVT控制技术和以此为基础的米勒循环实现有效压缩比可变控制技术以及内部EGR的控制技术等。优点：1. 低的热损耗，燃烧温度低2. 燃烧周期短，燃烧热效率高3. 超低的NOx PM排放4. 可以多燃料实现，具有广阔的前景缺点：1. 燃烧周期短，放热迅速，产生累世爆震的燃烧噪声2. HCCI发动机的运行范围窄3. 高稀释度的混合气带来了低的排气温度，使得发动机难以采用涡轮增压。这些都使得HCCI可能达到的最大负荷比典型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多。4. 低排气温度对催化转化器来说也是一个问题，因为需要相当高的温度才能起动氧化/还原反应。这项技术在90年代初已经被提出并开始实验，但是当时电子控制技术没有现在成熟，所以这项技术直到现在才被大众所知。其中奔驰在2007年9月11日开幕的第62届法兰克福车展上推出了一系列基于“智能结合驾驶技术”的新绿色车型。其中有一款车型就是在车展上首发亮相的F700概念车。F700概念车既拥有奔驰的混合动力驱动技术，其DiseOtto 1.8T直4 CGI直喷发动机在采用HCCI技术后，输出功率达到238hp，最大扭矩达到400Nm，完全就是一台3.5L V6的水平，难得的是它的油耗仅为6L/100km，二氧化碳排放仅127g/100km。将汽油发动机的性能与柴油发动机的高扭矩和燃料节约性结合到了一起，这款概念车是至今为止燃料消耗最高效的大型豪华轿车。Mercedes-Benz F700 DiseOtto直4 1.8T CGI HCCI发动机HCCI是一种新的燃烧模式，简单的说就是汽油机的压燃，发动机设计师们坚信：早晚有一天柴油机和汽油机会合二为一，出现一种具有这两种内燃机各自优点的新型内燃机。通用公司和欧宝公司（他们把这种发动机称之为HC