HCCI 均质充量压燃技术详解

cjyd2004

      我们知道，汽车常用的往复式内燃机，主要燃料有汽油和柴油两种(生物燃料和氢气暂不讨论)，汽油采用的是火花塞点燃的方式，柴油用的是活塞压燃的方式，所以柴油机的压缩比比汽油机要高出不少，柴油机压缩比高，扭矩大，燃油效率高，汽油机压缩比低，工作震动和噪音小，那有没有一种点火方式能将它们的优点结合起来呢？HCCI就是目前的一种新方向。
    HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）的意思是“均质充量压燃”，它是一种以Otto往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式。这项技术在90年代初已经被提出并开始实验，但是当时电子控制技术没有现在成熟，所以这项技术直到现在才被大众所知。装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过直喷油咀喷进汽缸，HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷出的小油滴在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所以提高了燃油的使用效率（传统的汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量）而且由于它采用压缩点燃的缘故，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。HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成。另一个特点是燃烧周期很短。因为燃烧过程主要是受化学反应而不是受混合过程的支配，能够使得燃烧周期比传统的柴油机短。而且它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。但也有人试图用柴油作为HCCI燃料，效果远不及汽油，为什么呢？因为汽油有较高的挥发性，能够在汽缸内尽快与空气混合形成均匀的油气混合气，而柴油沸点高，与空气较难混合均匀。
    那HCCI技术那么好，为什么还不马上推广大量是用呢？原来现在的HCCI技术还有一些技术难关。
    1，在然烧时刻的控制上，HCCI发动机靠汽缸的压力和温度自燃，油气混合气的密度，汽缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制，所以发动机的ECU管理程序也要进行相应的加强。2，由于HCCI的同时压燃和放热，瞬时间汽缸和活塞会受到强大的压力，有可能会产生爆震的现象，所以必须降低混合气的空燃比（低于传统的14.7：1），这就需要HCCI在稀燃状态下工作，排气的温度也比较低，使得发动机较难采用涡轮增压。以上这些都使得HCCI可能达到的最大负荷比典型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多。另外，低排气温度对催化转化器来说也是一个问题，因为需要相当高的温度才能起动氧化/还原反应。3，也就由于刚才我们讲到的HCCI发动机可能达到的最大负荷比典型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多，所以，在大负荷高转速的时候或者冷机状态下发动机还必须依靠传统的火花塞点火系统，这就间接要求了发动机的压缩比可变，在传统点火模式的时候变回低压缩比。所以气门正时系统及众多的压力传感器也是必须的。所以就现在的限制而言，HCCI汽油发动机还不能实现完全的压燃稀燃模式进行，它只在中低转速的时候介入工作，提高效率，降低油耗。


    在HCCI技术的研发上，奔驰和GM走在了前列，以奔驰的07年的F700概念车为例，其DiseOtto 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400Nm，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。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。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。

[ 本帖最后由 cjyd2004 于 29-8-2009 17:10 编辑 ]

cjyd2004

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xidamoon

HCCI确实是很有前途的技术，文章很好，不过有两点不同看法，
1，HCCI的喷油提前比现在汽油机的大得多，一般会达到50度。
2，汽油机是预混燃烧，柴油机是扩散燃烧。