均质充量压缩燃烧-现代汽车新技术

均质充量压缩燃烧(Homogeneous Charge Compression Ignition，HCCI)是一种新提出的内燃机燃烧概念，与柴油机(非均质充量压缩点燃)和汽油机(均质充量火花点燃)均存在差异，是火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。汽油机、柴油机和HCCI发动机的燃烧比较如图2－14所示。

图2－14　3种发动机的燃烧比较

(a)柴油机:压缩点燃；(b)汽油机:火花点燃；(c)HCCI发动机:均质充量压缩燃烧(www.xing528.com)

HCCI燃烧方式与汽油机、柴油机的燃烧机理不同，既不是火焰传播型，也不是扩散燃烧型，而与汽油机中爆震燃烧的末端混合气自燃机理有几分相似之处。在发动机压缩末期，混合气中的压力、温度及混合气浓度有多处达到自燃着火的下限值，这些区域最先被点燃。整个燃烧过程中，根据化学反应动力学机理，由于温度对化学反应速率的影响，缸内温度的变化对燃烧速率有着很大影响。由于燃烧过程中没有明显的火焰传播，混合与紊流都无法起到明显作用。图2－15所示为燃烧温度、局部混合气浓度与颗粒物、NOx排放的关系。不同于常规的柴油机与汽油机，在较为均匀的稀混合气中燃烧，最高燃烧温度有明显的降低，燃烧室内的燃烧相对均匀化，发动机应用HCCI燃烧方式在燃烧过程中没有出现局部的相对高温区域。由于均匀化导致局部混合气浓度变稀以及最高燃烧温度偏低，同时营造了不利于氮氧化合物和颗粒物生成的条件，较常规柴油机其氮氧化合物和颗粒物的排放量显著减少。

图2－15　燃烧温度、局部混合气浓度与颗粒物、NOx排放的关系

对于发动机应用HCCI燃烧方式，虽然较低的燃烧温度也能增加HC和CO的排放量，但在稀混合气环境下HC和CO的氧化催化技术已很成熟，对其排放量的控制并不困难。