柴油发动机均质充量压缩着火HCCI技术简介

2009-04-03 17:28:26来源: 造车网 关键字:发动机  柴油  压缩  汽车  零部件

  发动机均质充量压缩着火HCCI(homogeneous charge compression ignition)燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩,自燃、着火、做功的过程。发动机具有极大的潜力保持高效率,并且本身所特有的均质、低温燃烧特性,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。

一、HCCI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自行着火燃烧的方式。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.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(DI)可降低95%~98%。

  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。

  3.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。

二、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,在扩散火焰外壳的高温区产生NOx,内部高温缺氧产生PM。

  柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段(放热曲线上较小的峰值)与低温化学动力学有关(冷焰或蓝焰);第二阶段(放热曲线上较大的峰值)是主燃烧期;第一阶段是第二阶段的焰前反应,焰前反应放出的热量加热了余下的充量,同时余下的充量继续被压缩,经历短时间的延迟后,余下的充量达到着火条件,几乎同时着火,使放热率迅速升高,表现在放热曲线上出现大的峰值。

  因此,HCCI燃烧速度较快,燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感,控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好,则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧,循环波动压力小,工作柔和。

 

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/0403/article_846.html
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