均质充量燃烧

1、均质充量压缩燃烧 HCCI（homogeneous charge compression ignition)HCCI的发展历史 1876年产生第一台四冲程内燃机以来，传统的点燃式和压燃式内燃机在进一步提高燃料利用率和降低有害物排放方面已经达到了极。 20世纪70年代，首次提出了均质压燃的概念，但由于控制技术的限制而没有受到重视。 90年代后期，随着控制技术的发展，均质压燃技术以其在内燃机节能减排方面的巨大潜力而备受关注。 迄今为止，虽已有少量生产但离广泛的商业化还仍有许多技术难题需要解决。HCCI的发展背景 传统燃烧方式的局限性 传统燃烧方式分为压燃式（CI）和火花点火式（SI）。 压燃式发动

2、机通过燃料调节系统来调整发动机的循环供油量以适应发动机工况的变化。在这种燃烧中，混合气浓度和温度分布都极不均匀，在燃烧室的局部高温区产生NOx，高温缺氧区产生PM。 在火花点火发动机上，一般采用预混合燃烧。可燃混合气在压缩冲程末期被火花塞点燃，火焰前锋在均质混合气中传播，火焰前锋及其燃烧产物的局部温度远远高于其他未然混合气，燃烧室中温度分布不均匀，局部的高温容易导致已然区内NOx的产生。 因此，为了从根本上解决传统内燃机燃烧和排放的问题，新一代内燃机燃烧模式均质充量压缩燃烧（homogeneous charge compression ignition)目前引起全世界内燃机广泛关注和研究，其突

3、出的优点是具有极低的氮氧化物NOx和碳烟微粒PM。HCCI燃烧 燃料和空气预混合形成稀薄均质充量的低温反应生成中间产物火化基因，随着压缩冲程缸内温度上升到燃料的自然温度（1000K左右）时，在整个燃烧室内多点自燃着火。 理想HCCI燃烧放热反应是均匀分布于整个燃烧室空间的低温反应，无火焰锋面和火焰传播，也无局部高温富氧或富油，所以可以同时有效抑制氮氧化物NOx和碳烟PM的生成。HCCI的基本思想 融合汽油机和柴油机的优点，避免其缺点。 汽油机的优点：机外油气混合均匀，故PM生成少。 汽油机的缺点：节气门调节，节流损失大，压缩比小，热效率低。 柴油机的优点：缸内直喷，压缩比大，热效率高。 柴油机

4、的缺点：扩散燃烧生成大量NOx和PM。HCCI均质混合气制备 世界各国提出的均质混合气方法：缸内喷射-早喷、分段喷射或晚喷。早喷及多次喷射 上止点前提早 喷油。足够时 间让柴油蒸发，与空气混合 成均匀混合气。 HCCI的特点 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。 3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。 4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

5、而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。 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。HCCI技术尚待解决的问题 1.随发动机转速和负荷的改变控制着点火正时。 2.高负荷运行时燃烧速率的控制。 3.改善冷启动和发动机变工况运行的响应特征。 4.排放控制系统的发展。 5.发动机控制策略和系统的发展以及相应传感器的研制。 6.HCCI燃烧运行范围扩展。 7.合适燃料的开发。 8.多缸机各缸均匀性的保证。HCCI发展前景 HCCI发动机的研究也初步显示了它在降低油耗、NOx和微粒排放方面的优势，但由于HCCI燃烧控制技术不成熟，只能限制在部分负荷下工作。因此，HCCI发动机的