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[摘 要]本文简要介紹了发动机均质充量压缩着火(HCCI)燃烧的概念和特点，并进一步着重分析了柴油机HCCI燃烧的特点，以及影响柴油机HCCI燃烧的一些重要因素，如混合气形成方式、进气温度、负荷、废气再循环(EGR)、气f3，~-时及压缩比等因素。
[关键词]柴油机 均质压燃 影响因素
发动阢咆贡范匮乐寤oAHCCI(homogeneouscharge compression ignition)燃烧是一种全新的燃烧方式。它能有效降低传统内燃机的燃油消耗和排放问题，特别是能同时降低柴油机NOx和颗粒物(PM)的排放。并进一步增加热效率，因而被认为是发动机燃烧技术的一个重大进步。
随着排放法规的日益严格和发动机技术的进步，HCCI燃烧技术在节约能源和降低排放方面的潜力引起了世界各国的高度重视。美国、欧洲和日本的一些研究机构和企业都在大力开展这一领域的研究工作，并成为目前发动机领域的一个研发热点。 1，HCCl燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至白行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒(PM)，在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点。
1，1超低的NOx和PM排放。HCCI发动机在部分工况下的NOx排放相对柴油直喷机(DH)可降低95％一98％。
1，2燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。
13 HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。
!。4 HCCI发动机运行范围较窄
HCCI发动机燃烧受到失火(混合气过稀)和爆燃(混合气过浓)的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下(混合气浓度大)易发生爆震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。
!，5 HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。
2，柴油机HCCI燃烧的特点
实现柴油机HCCI燃烧要面，临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差。难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。
柴油HCCI燃烧是在多点同时发生，没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，只生成极少的NOx和PM，在低负荷时具有很高的热效率。而传统柴油机采用高压喷射形成非均匀的混合气扩散燃烧，混合气和温度分布都极不均匀，在扩散火焰外壳的7咖臣铲生NOx,内部高溫缺氧户生P比 3，柴油机HOCl燃烧的影响因素 3，!影响柴油机HCCI燃烧的3种混合气的形成方式
均质混合气的形成是实现对HCCI燃烧控制的第一步，国际上采用的柴油均质预混合气方式包括：进气道缸外预混、缸内早喷射和晚喷。
31，1缸外预混HCCI
即在进气冲程把柴油喷人进气管，与空气混合形成预混合气。采用进气道喷射，利用进气涡流来强化混合气的形成，是提高混合气均匀度的一个相对简单的方法。 3，1，2缸内早喷HCCI 该方式是目前普遍采用的柴油HCCI预混合气形成方式。即在压缩冲程的早期，柴油被喷人气缸，随活塞上行逐步与空气混合。直至发生自燃着火。为了改善燃料的雾化与混合，柴油机HCCI喷油提前角远大于传统柴油机，使柴油与空气在着火前充分混合。 3，1，3缸内晚喷HCCI 在接近上止点或在上止点之后，把柴油喷人气缸，同时采用大量预冷的EGR、加强涡流和降低压缩比等措施实现点火延迟，使柴油着火恰好发生在喷射结束之后。尽管缸内晚喷形成的油气均匀度不如进气道喷射和缸内早喷均匀，但NOx和PM排放仍然低于传统柴油机。
3，2进气温度的影响
HCCI燃烧的着火时刻对进气温度十分敏感，随着进气温度的提高，将出现着火提前的现象，因此，控制缸内温度将是控制HCCI燃烧着火时刻的一个关健因素。一般通过调节进气温度控制HCCI燃烧以及着火始点。
在进气管加装进气加热装置、引入废气再循环(EGR)可以提高进气温度，Najt和Foster及后来的Thring对四冲程柴油机做的HCCI研究就是通过废气再循环后的电加热装置实现对混合气加热的。 3，3负荷的影响 3，3，1低负荷工况 HCCI柴油机运行在低负荷工况时，循环供油量小，混合气浓度稀，而反应物浓度是影响燃烧反应的一个重要因素，加之此时缸内温度较低，使HCCI燃烧的着火时刻显着推迟，甚至出现失火现象。在出现失火循环后，后继循环爆发压力往往突然升高，这是由于失火循环残余的部分燃油在缸内，导致下一循环油量增加，引起爆发压力突升。
3，3，2高负荷工况
HCCI柴油机运行在高负荷时，循环供油量大，此时缸内温度高，混合气浓度大，使燃烧反应的速度加快，从而容易引起着火过于提前的现象，过快的燃烧速度将造成压力升高率迅速增大，并出现燃烧压力振荡现象。燃烧粗暴时，相关的噪声、振动和冲击负荷增大，容易造成发动机零部件损坏，同时NOx的排放也急剧升高，限制了HCCI燃烧的负荷扩展。 3，4EGR的影响 废气再循环(EGR)能提高进气温度，改变混合气的着火特性，从而影响着火时刻。引入废气再循环的目的还在于它稀释了混合气的浓度，能有效减缓燃烧速度，降低燃烧噪声。为大负荷区HCCI燃烧控制提供了一种有效手段。同时，废气再循环能够回收一部分废气的能量。当EGR率小于30％时，氧浓度的下降并不足以影响燃烧，此时废气再循环对控制着火始点的作用很小。Christensen等的研究结果表明，废气再循环推迟了着火时刻，提高了指示效率，降低了未燃HC的排放量，同时，排气温度增加，可以利用氧化催化装置来氧化未燃HC，与汽油机HCCI燃烧相比。柴油机HCCI燃烧更容易实现，在传统柴油机上，因其压缩比较高，将空燃比和EGR率控制在一定的范围内，接近室温即可成功实现柴油机的HCCI燃烧。柴油机HCCI运转工况范围受敲缸、失火及较低的平均有效压力值的限制，但比汽油机HCCI燃烧达到敲缸时的空燃比大。低温反应的自燃时刻受EGR率的控制，而主放热阶段的开始时刻则受空燃比影响较大。
3，5气门正时的影响
改变配气正时可以改变缸内残余废气量和缸内温度，增大气门负重叠期(提前关闭排气阀，延迟开启进气阀)，使缸内残余废气量增大，残余废气再压缩的温度增加。残余废气的高温有利于燃料的蒸发，形成均质混合气，同时较高的缸内温度又会使HCCI燃烧的着火时刻提前，从而容易造成大功率状态下工作粗暴，井引起最大输出功率下降。
3，6压缩比的影响
压缩比是另一个影响燃烧相位较大的因素，改变压缩比可以改变混合气的密度和压力，从而对其自然温度产生影响。改变压缩比的主要方法是调整燃烧室容积、工作容积和改变配气相位。在利用可变压缩比控制HCCI方面，Lund技术学院试验结果表明，压缩比对燃烧效率的影响很大，压缩比增加则热效率增加，而燃烧效率减小，导致热效率增加量的减少，研究还发现，高压缩比可替代进气预热。
四、结束语
柴油机HCCI燃烧具有超低的NOx和PM排放，具有很高的能量转换率，这对传统柴油机来说，不但保留了原有的节能优势，还大大降低了排放，使其性能更加完美，这无疑具有很大的发展前景。不过，柴油机HCCI燃烧的HC和CO排放偏高，有待进一步降低。另外，影响柴油HCCI燃烧的因素多，使得难以控制，必然要采用双模式运行方案。即中、低负荷时，采用HCCI燃烧方式；高负荷时，使用传统模式。随着发动机技术的进步，柴油机HCCI燃烧的控制将5劻皖善，真正达到滇用化的目的。
[关键词]柴油机 均质压燃 影响因素
发动阢咆贡范匮乐寤oAHCCI(homogeneouscharge compression ignition)燃烧是一种全新的燃烧方式。它能有效降低传统内燃机的燃油消耗和排放问题，特别是能同时降低柴油机NOx和颗粒物(PM)的排放。并进一步增加热效率，因而被认为是发动机燃烧技术的一个重大进步。
随着排放法规的日益严格和发动机技术的进步，HCCI燃烧技术在节约能源和降低排放方面的潜力引起了世界各国的高度重视。美国、欧洲和日本的一些研究机构和企业都在大力开展这一领域的研究工作，并成为目前发动机领域的一个研发热点。 1，HCCl燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至白行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒(PM)，在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点。
1，1超低的NOx和PM排放。HCCI发动机在部分工况下的NOx排放相对柴油直喷机(DH)可降低95％一98％。
1，2燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。
13 HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。
!。4 HCCI发动机运行范围较窄
HCCI发动机燃烧受到失火(混合气过稀)和爆燃(混合气过浓)的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下(混合气浓度大)易发生爆震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。
!，5 HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。
2，柴油机HCCI燃烧的特点
实现柴油机HCCI燃烧要面，临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差。难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。
柴油HCCI燃烧是在多点同时发生，没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，只生成极少的NOx和PM，在低负荷时具有很高的热效率。而传统柴油机采用高压喷射形成非均匀的混合气扩散燃烧，混合气和温度分布都极不均匀，在扩散火焰外壳的7咖臣铲生NOx,内部高溫缺氧户生P比 3，柴油机HOCl燃烧的影响因素 3，!影响柴油机HCCI燃烧的3种混合气的形成方式
均质混合气的形成是实现对HCCI燃烧控制的第一步，国际上采用的柴油均质预混合气方式包括：进气道缸外预混、缸内早喷射和晚喷。
31，1缸外预混HCCI
即在进气冲程把柴油喷人进气管，与空气混合形成预混合气。采用进气道喷射，利用进气涡流来强化混合气的形成，是提高混合气均匀度的一个相对简单的方法。 3，1，2缸内早喷HCCI 该方式是目前普遍采用的柴油HCCI预混合气形成方式。即在压缩冲程的早期，柴油被喷人气缸，随活塞上行逐步与空气混合。直至发生自燃着火。为了改善燃料的雾化与混合，柴油机HCCI喷油提前角远大于传统柴油机，使柴油与空气在着火前充分混合。 3，1，3缸内晚喷HCCI 在接近上止点或在上止点之后，把柴油喷人气缸，同时采用大量预冷的EGR、加强涡流和降低压缩比等措施实现点火延迟，使柴油着火恰好发生在喷射结束之后。尽管缸内晚喷形成的油气均匀度不如进气道喷射和缸内早喷均匀，但NOx和PM排放仍然低于传统柴油机。
3，2进气温度的影响
HCCI燃烧的着火时刻对进气温度十分敏感，随着进气温度的提高，将出现着火提前的现象，因此，控制缸内温度将是控制HCCI燃烧着火时刻的一个关健因素。一般通过调节进气温度控制HCCI燃烧以及着火始点。
在进气管加装进气加热装置、引入废气再循环(EGR)可以提高进气温度，Najt和Foster及后来的Thring对四冲程柴油机做的HCCI研究就是通过废气再循环后的电加热装置实现对混合气加热的。 3，3负荷的影响 3，3，1低负荷工况 HCCI柴油机运行在低负荷工况时，循环供油量小，混合气浓度稀，而反应物浓度是影响燃烧反应的一个重要因素，加之此时缸内温度较低，使HCCI燃烧的着火时刻显着推迟，甚至出现失火现象。在出现失火循环后，后继循环爆发压力往往突然升高，这是由于失火循环残余的部分燃油在缸内，导致下一循环油量增加，引起爆发压力突升。
3，3，2高负荷工况
HCCI柴油机运行在高负荷时，循环供油量大，此时缸内温度高，混合气浓度大，使燃烧反应的速度加快，从而容易引起着火过于提前的现象，过快的燃烧速度将造成压力升高率迅速增大，并出现燃烧压力振荡现象。燃烧粗暴时，相关的噪声、振动和冲击负荷增大，容易造成发动机零部件损坏，同时NOx的排放也急剧升高，限制了HCCI燃烧的负荷扩展。 3，4EGR的影响 废气再循环(EGR)能提高进气温度，改变混合气的着火特性，从而影响着火时刻。引入废气再循环的目的还在于它稀释了混合气的浓度，能有效减缓燃烧速度，降低燃烧噪声。为大负荷区HCCI燃烧控制提供了一种有效手段。同时，废气再循环能够回收一部分废气的能量。当EGR率小于30％时，氧浓度的下降并不足以影响燃烧，此时废气再循环对控制着火始点的作用很小。Christensen等的研究结果表明，废气再循环推迟了着火时刻，提高了指示效率，降低了未燃HC的排放量，同时，排气温度增加，可以利用氧化催化装置来氧化未燃HC，与汽油机HCCI燃烧相比。柴油机HCCI燃烧更容易实现，在传统柴油机上，因其压缩比较高，将空燃比和EGR率控制在一定的范围内，接近室温即可成功实现柴油机的HCCI燃烧。柴油机HCCI运转工况范围受敲缸、失火及较低的平均有效压力值的限制，但比汽油机HCCI燃烧达到敲缸时的空燃比大。低温反应的自燃时刻受EGR率的控制，而主放热阶段的开始时刻则受空燃比影响较大。
3，5气门正时的影响
改变配气正时可以改变缸内残余废气量和缸内温度，增大气门负重叠期(提前关闭排气阀，延迟开启进气阀)，使缸内残余废气量增大，残余废气再压缩的温度增加。残余废气的高温有利于燃料的蒸发，形成均质混合气，同时较高的缸内温度又会使HCCI燃烧的着火时刻提前，从而容易造成大功率状态下工作粗暴，井引起最大输出功率下降。
3，6压缩比的影响
压缩比是另一个影响燃烧相位较大的因素，改变压缩比可以改变混合气的密度和压力，从而对其自然温度产生影响。改变压缩比的主要方法是调整燃烧室容积、工作容积和改变配气相位。在利用可变压缩比控制HCCI方面，Lund技术学院试验结果表明，压缩比对燃烧效率的影响很大，压缩比增加则热效率增加，而燃烧效率减小，导致热效率增加量的减少，研究还发现，高压缩比可替代进气预热。
四、结束语
柴油机HCCI燃烧具有超低的NOx和PM排放，具有很高的能量转换率，这对传统柴油机来说，不但保留了原有的节能优势，还大大降低了排放，使其性能更加完美，这无疑具有很大的发展前景。不过，柴油机HCCI燃烧的HC和CO排放偏高，有待进一步降低。另外，影响柴油HCCI燃烧的因素多，使得难以控制，必然要采用双模式运行方案。即中、低负荷时，采用HCCI燃烧方式；高负荷时，使用传统模式。随着发动机技术的进步，柴油机HCCI燃烧的控制将5劻皖善，真正达到滇用化的目的。