马勒动力总成--可控自燃（CAI）

fengzhu

汽油机可控自燃（CAI）是一种独特的燃烧方式。其基本原理是在燃烧室内引起新鲜混合气的多点自燃。这种方式燃烧相对迅速，更接近理想的燃烧过程。

CAI使发动机运行在低负荷时，节气门可以全开或接近全开，明显改善燃油消耗。这种燃烧方式中高达45%的燃油能量可以转化为有用功，而普通的火花点火式汽油机只有25%。




图1  CAI速度－负荷图





CAI的另外一个优点是燃烧温度较低，可降低尾气中大约99%的NOX。在四冲程发动机中，要求对进气进行必要的加热，使用传统点燃式发动机的压缩比，以及充入较大量的再循环尾气。应用CAI技术使滞留在缸内的尾气和重新吸入未燃烧的气体有相对明显的分层。

马勒动力总成近年来使用多缸试验机在这一领域进行了深入的研究。现有的量产发动机技术被用来实现CAI燃烧，这样可避免使用NOX存储催化器。马勒动力总成提出了一个独特的、低成本的且具有量产可行性的解决方案，并已申请了专利。




图2  制动比油耗的百分比变化（同均质直喷相比）





稳态运行

马勒动力总成采用的方法是负气门重叠角使内部尾气滞留在缸内，结合使用外部尾气再循环系统，同时采用以下量产技术：燃油直喷、进排气凸轮相位可变、两级气门升程及快速开启的外部尾气再循环系统。如图1所示，在平均有效压力（BEMP）小于0.3MPa（3bar）的范围内，利用GDI系统产生稀混和气，通过小升程的凸轮形线以负气门重叠角实现内部EGR，从而实现自燃。随着平均有效压力的增加，混和气的空燃比又趋于1，使得三元催化器的使用成为可能。否则从CAI出来的尾气中，NOX排放量将会超标。当平均有效压力继续升高时，爆震的出现通常会限制CAI燃烧方式的应用。但是，可以通过重新吸入废气或外部EGR使CAI进入更高的负荷区域工作。这是因为冷却的尾气可以延迟自燃点，避免爆震。根据马勒动力总成的经验，外部再循环尾气经冷却后温度降低，使CAI应用的负荷范围向上扩展。




图3  内部和外部EGR结合使用的效果





图2是CAI燃烧模式的燃油经济性相对于均质直喷燃烧模式的改善情况。与均质直喷汽油机相比，CAI燃油经济性的改善最高可达30%。在模拟欧洲试验循环中，可以提高燃油经济性10%。外部EGR的另一个优点是有利于CAI燃烧模式和点燃模式的转换（见图3）。马勒动力总成的试验表明：在两种模式转换时，由于应用外部冷却EGR，最高爆震压力显著降低。

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HCCI的一种，CAI，AVL的CSI等。