HCCI燃烧方式的实质.doc

在柴油机上通过HCCI燃烧方式可实现低温稀薄燃烧，由此在保证高热效率的前提下同时降低NOx和PM排放；而在汽油机上，则以稀薄燃烧技术为背景，通过实施HCCI燃烧方式可提高压缩比和燃烧速度，由此在提高热效率的同时有效抑制NOx的生成。近年来的研究结果表明，HCCI燃烧方式的主要特点就是气缸内混合气的均匀化和均匀混合气的低温燃烧。其燃烧过程取决于均匀混合气的化学反应特性，根据其如图2所示的放热规律特性，分为低温放热过程LTHR(LowTemperatureHeatRelease)和高温放热过程HTHR(HighTemperatureHeatRelease)，其中HTHR占HCCI燃烧总发热量的绝大部分，而LTHR放热量很小，但其通过影响HTHR放热过程的始点直接影响HTHR的放热规律。
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2009-3-508:18
另一方面，释放50%的HTHR总放热量所对应的曲轴转角，是控制HCCI燃烧过程的重要因素。由TetsuoOhmura等人的相关研究表明，可防止失火和爆燃的稳定HCCI燃烧过程的控制范围是上止点后的（0~6）°CA。因此，HCCI燃烧过程之所以能提高热效率的主要原因体现在以下三个方面，即1）通过压缩过程中混合气的低温放热反应，使工质的压力和温度有所提高，不仅改善混合气的燃烧条件，更重要的是提高了压缩终了工质的做功能力；2）稀薄燃烧，促进完全燃烧，而且提高工质的多边指数；3）高温放热反应，接近等容燃烧，提高燃烧速度，使工质得到充分膨胀做功。因此，通过稀薄混合气的低温燃烧，将最高燃烧温度控制在1500~1800K，由此有效抑制NOx的生成，同时促进完全燃烧，降低CO和HC以及PM排放。为限制HCCI燃烧的最高温度，就要限制参与HCCI燃烧的混合气量，否则不仅不能保证低温燃烧达到抑制NOx生成的目的，反而容易造成爆燃，因此这种HCCI的燃烧方式的运转领域狭窄而不能得到推广应用。为了解决HCCI燃烧方式存在的问题，以扩大其运转领域，已提出"SI-HCCI-SI"，"Diesel-HCCI-Diesel"，"SI-CI"等新的内燃机混合燃烧概念[3,6]。这些研究结果表明能同时减小4冲程内燃机的NOx和PM排放的高效率燃烧方式的关键在于基于气缸内混合气和温度分层分布的扩散燃烧过程的有效控制。所以，HCCI燃烧方式只能说是改善一定的小负荷范围能同时满足高效率超低排放的有效措施。而对车用发动机来说更重要的是随更宽的负荷变化如何实现高效率低排放。为此在4冲程内燃机整个运转领域内需要喷雾特性与燃烧室内的气流运动特性相适应，通过扩散燃烧过程的有效控制来限制放热规率，以达到控制温度的目的。这就需要具备良好的喷雾特性且响应特性又快的电控喷射系统、FVVT系统、冷EGR控制系统、以及基于MillerCycle的压缩比可变控制技术等[7]。而这些技术的开发应用是4冲程内燃机循环充分发挥其潜力的必要条件。
1HCCI燃烧方式均质充量压缩燃烧HCCI(HomogenousChargeCompressionIgnition)是一种新型的发动机燃烧方式,它综合了汽油机均质点燃和柴油机压缩自燃的特点,像汽油机那样在进气及压缩行程形成均质混合气,当压缩到上止点附近时均质混合气自燃着火,在缸内形成多点火核,从而有效地维持着火燃烧的稳定性。这种燃烧方式能有效地解决传统柴油机存在的燃油经济性差和尾气排放高的问题,特别是能够降低NOx和PM的排放,并进一步提高热效率。2.柴油机HCCI燃烧的特点柴油机采用HCCI燃烧方式与普通的柴油机燃烧方式相比区别在于:前者燃油在进气和压缩行程已经与空气完全均质混合,进行的是预混合燃烧模式,其燃烧速率只与本身的化学反应动力学有关;而后者在进气行程中进入燃烧室的是纯空气,在压缩行程接近终了时,才把柴油喷入燃烧室内,让其与空气在极短的时间内形成可燃混合气(极不均匀),进行的是扩散燃烧模式,它的燃烧速率主要与燃油蒸发速率及其与空气混合速率有关。HCCI柴油机与普通柴油机的放热率比较：
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