HCCI燃烧方式的实质.docx

在柴油机上通过HCCI燃烧方式可实现低温淡薄燃烧，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，则以淡薄燃烧技术为背景，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。
近年来的争论结果说明，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响特性，依据其如图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局部，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。

另一方面，释放50%的HTHR总放热量所对应的曲轴转角，是把握HCCI燃烧过程的重要因素。由TetsuoOhmura等人的相关争论说明，可防止失火和爆燃的稳定HCCI燃烧过程的把握范围是上止点后的〔0~6〕°CA。
因此，HCCI燃烧过程之所以能提高热效率的主要缘由表达在以下三个方面，即1〕通过压缩过程中混合气的低温放热反响，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力气；2〕淡薄燃烧，促进完全燃烧，而且提高工质的多边指数；
3〕高温放热反响，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，通过淡薄混合气的低温燃烧，将最高燃烧温度把握在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到达抑制NOx生成的目的，反而简洁造成爆燃，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“等的内燃机混合燃烧概念[3,6]。这些争论结果说明能同时减小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集中燃烧过程的有效把握。
所以，HCCI燃烧方式只能说是改善确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，通过集中燃烧过程的有效把握来限制放热规率，以到达把握温度的目的。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把握系统、以及基于MillerCycle的压缩比可变把握技术等[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,当压缩到上止点四周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
柴油机承受HCCI燃烧方式与一般的柴油机燃烧方式相比区分在于:前者燃油在进气和压缩行程已经与空气完全均质混合,进展的是预混合燃烧模式,其燃烧速率只与本身的化学反响动力学有关;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),进展的是集中燃烧模式,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柴油机与一般柴油机的放热率比较：

HCCI柴油机的优点在于:
可以同时保持较高的动力性和燃油经济性。由于承受压缩点火方式,节流损失削减,同时压缩比较高,多点同时着火的燃烧方式使得放热率显著提高,接近于抱负的等容燃烧,改善了局部负荷下的燃油经济性。同时稀燃混合气比热比大,做功力气强;缸内工质熵增相对低,因此指示热效率也得以大幅度地提高。
淡薄燃烧,不存在缺氧状况,并且由于它不存在柴油机的液滴蒸发集中燃烧现象,因此可有效降低PM排放;同时,由于燃烧室内部混合气为均质混合气,在活塞压缩作用下燃烧室内多点同时着火,没有明显的火焰前锋,削减了火焰传播距离和燃烧持续期,避开了高温反响区
的产生,因此能够大大削减NOx排放。
只与燃油本身的物理化学性质有关,着火和燃烧速率只