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1、关于稀薄混合气的均值低温压燃段诚伟内容简介：有关汽车发动机，一直以来充斥在学科领域内的两大问题就是换气和燃烧。 汽油机燃烧经历了一个很漫长很曲折的过程。从在气缸外部混合气开始，就经历了化油器式， 以及电控式汽油喷射（EFI）。再到后来，出现了缸内直喷的技术。但由于外部混合喷射存在 油液黏附在进气道，节气等损失；而缸内直喷多是分层燃烧，均质的控制难度较大。所以随 着时代的发展，一种新的燃烧技术一一稀薄均值混合气的压燃燃烧（HCCI）技术已经成为 发展趋势。关键词：HCCI，燃烧，高效节能，控制。众所周知，一般的汽油机在燃烧方面的主要特点是着火前将燃料与空气按一定的比例预先混 合而形成可燃混合气体
2、，然后通过调节进气门的开度调节负荷，来控制发动机的工况。这种 燃烧方式是混合气进入后，通过火花塞点火形成火焰，然后火焰再从已燃区向未燃区传播的 方式燃烧。这种方式称为预混合燃烧。而对于柴油机来讲，由于它是在空气被压到接近上止 点时喷入油，所以在后一段时间里存在燃烧与喷油同时存在的过程，所以它的燃烧是预混合 燃烧加上以空气和燃料相对速度决定其燃烧速率的扩散燃烧。而这两种燃烧方式，虽然可以 保证汽车的动力性，并且加以控制的话也不完全丧失其经济性，但是它们在燃烧的过程中， 释放了大量的热量，使得缸内的状态处于高温高压的环境。缸内高温高压的工质在推动活塞 向外做功的同时，空气中的氮气以及氧气之间在高温
3、下发生反应生成了一氧化氮以及其他氮 氧化物;而且当需要提高输出的功率及转矩时，降低过量混合系数使其在功率混合气附近时， 燃料易发生不完全燃烧而产生碳烟，一氧化碳以及碳氢化合物等有害排放物。所以，为了调 整汽车的节能和排放的方面，许多新的燃烧技术被开发，其中稀薄混合气的均值低温压燃（HCCI ）就是其中一个。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。这种燃烧方式的特 点，
4、一是燃烧室内充量的均质化，燃烧室各点上的温度和压力基本保持一致；二是采用压燃， 各点反应速度和加速度一致；三是高效率低排放：由于混合气稀薄故碳烟以及氮氧化物生成 量低，并且燃烧方式等容度高。它的优势就在于它的节能，高效，以及低污染低排放。但这种燃烧方式至今还没有被普及，只是被列为一项发展趋势，是因为它有很多方面的缺陷， 技术尚未达到成熟。其中最大的部分就是在于压力升高率的控制，爆燃的防治以及燃烧时刻 的控制无法达到精确和安全。由于HCCI采用的是压燃的方式，所以燃烧的时刻不会像点燃 那样知道的那么精确。如果要通过间接的方法控制，则需要对油汽混合气的密度，气缸的温 度，压力都要进行精确的检测和控
5、制。这个要求无疑很高，还要加强发动机的ECU管理程 序。又因为HCCI的燃烧是多点同时燃烧，所以相比点燃式的一点燃烧火焰传播的方式，其 气缸内的压力升高率固然很大。虽然控制混合气的空燃比对压力升高率有一定的控制作用， 但对于当今的技术还是不够用，所以需要控制发动机的负荷范围在一定的量内，才可以较为 稳定的采用HCCI燃烧技术。又由于稀薄燃烧的状态下，最终的排气温度比较低，所以不利 于催化氧化转换器发生氧化还原反应，故在排放的角度上也存在着一定不妥。等等等等，诸 多方面的技术水平不够，无法解决这些对发动机影响很大的问题，才限制了这种燃烧技术只 能在部分发动机的中小负荷状态中使用。由上我们可以知道
6、，HCCI的局限性主要在于对燃烧过程的控制方面技术不足。虽然较 高的燃烧速率使得HCCI燃烧有较高的热效率，但也带来了工作粗暴等问题。所以想办法控 制HCCI的燃烧速率是关键。控制燃烧速率的方法有很多：从化学燃料的角度来看，燃料辛 烷值的比例增加，虽然在一定程度上减少了燃烧过程中爆燃的可能性，但是混合气的压燃变 得没有那么容易，在低负荷时着火性差，排放变的恶化；而若增加燃料十六烷值的比例，虽 然其低温着火自燃变的容易，在低负荷时燃烧特性较好，但是大负荷时爆震的倾向变大。所 以针对这一点，有很多人研究其改善方法，比如加入着火促进剂来改善高辛烷值燃料的 HCCI着火性能；而对于高十六烷值的燃料，可
7、以采用添加高辛烷值抗爆含氧燃料来控制高 十六烷值燃料的燃烧，并且已经有实验得出一个猜想：乙醇是一种较理想的HCCI燃烧的抗 爆添加材料。所以，从新燃料新能源的角度，扩大HCCI燃烧的适用范围并不是没有可能。另一难解的问题在于HCCI燃烧压力升高率的控制。当活塞运动到接近上止点时，气缸 内的压力和温度无疑很高。这虽然对动力性的提高有很大的帮助，但无疑对安全性是一个考 验。对于缸内压力过大的问题，虽然有一种想法是用PLC来控制气缸压力，但是对现如今 的技术层面来说并不是那么的稳妥。所以现在对压力的控制，最直接的办法还是对压缩比的 控制，不要为了追求高动力性来一味的提高压缩比。而对于缸内最终温度高的
8、问题，可以采 用中冷技术来进行控制，或者可以通过大量预冷的EGR来改善燃烧的过程。现如今在实际运用HCCI技术的研发上，并不是没有实例。比如奔驰的07年的F700 概念车：其DiesOtto 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400N.m，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。再有就是采用HCCI技术的GM OPEL Vectra和Saturn Aura 2.2L L4汽油机的油耗也仅为4.3L/100km，比常规技术降低15%以上。这类实例说明了 HCCI 的发展和以后在运用方面的推广并不是不可能。相信随着技术难关的不断攻克，HCCI技术将会快速普及到大众当中，作为一种新的节 能增效技术，为地球的蓝天作一份贡献。参考文献：均质压燃式（HCCI）燃烧的研究王大兴，张欣，刘建华著燃料设计控制HCCI燃烧与排放的试验研究 侯玉春著发动机原理林学东著
