均质压燃HCCI有哪些优缺点？

自从1876年产生第一台四冲程内燃机以来,内燃机工业经过一百多年的发展,传统的点燃式和压燃式内燃机在进一步提高燃料利用率和降低有害物排放方面已经达到了极限。

为此,要突破内燃机排放和经济性的限制,世界各发达国家开展了内燃机新型燃烧技术的研究。直到20世纪70年代,首次提出了均质压燃(homogeneous charge compressionignition,HCCI)的概念,但由于控制技术的限制而没有受到重视。

90年代后期,随着控制技术的发展,均质压燃技术以其在内燃机节能减排方面的巨大潜力而备受关注。迄今为止,虽已有少量生产但离广泛的商业化还仍有许多技术难题需要解决。

一 HCCI 燃烧基本原理：

技术特点：

1． 采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸、在气缸内与空气进行预混合的。
2． 采用压缩点燃。在压缩冲程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃，也就是说，不需要任何点火系统。
3． 采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。
4． 为了使均质混合气能够通过压缩而点燃，必要时需对吸入空气进行加热。
5． 由于压缩点燃的缘故，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。
6． 既然均质混合气是自燃的，所以燃烧大体上是整个气缸内同时开始的。可以采用过量空气或者残余废气达到高度稀释的混合气。

二 HCCI 技术优点

HCCI发动机综合了传统发动机的优点, 同时避免他们的缺陷。归结有如下几点。

(1)低排放HCCI发动机具有汽油机油气预先混合,低PM排放的特点。HCCI燃烧迅速, 多点同步发生而且没有明显火焰前锋,燃烧温度低且温度分布较均匀,因此只生成很少的N O x 和P M 。

(2)从热效率的观点来看，HCCI燃烧看上去具备非常优越的特点。一个特点是低的热损耗。由于它的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，且无烟的燃烧能够减少辐射热的传递。

(3)高燃油经济性HCCI燃烧过程中放热率很快，当发动机循环在适当的阶段时，近似于理想的Otto循环。

(4)简化结构、降低成本HCCI发动机不需节气门, 可以用较低压力的燃油喷射系统, 其燃烧系统和喷油系统的设计也比较简单,从而也降低了维护费用。

(5)高燃油灵活性；包括汽油、柴油和天然气目前正在使用的发动机燃料，以及氢气、二甲基醚(DME)和乙醇等新兴燃料均适用于HCCI燃烧。

（6）高适用性；HCCI发动机可适用小至小型摩托车，大至大型轮船发动机几乎所有尺寸的运输发动机中。HCCI燃烧同样适用于其它的活塞发动机，如发电机和管路泵中。

三 HCCI 技术难点

(1)冷启动时着火困难HCCI燃烧的启燃温度大致在1000K左右。冷启动时，燃烧室壁面温度低，不能从进气歧管吸收热量，也没有可用的高温废气，要在燃烧室内得到高温均质混合气比较困难，不容易使HCCI发动机实现自然。因此，若无温度补偿,在冷启动阶段要实现HCCI燃烧非常困难。

(2)运行工况范围有限HCCI发动机在小负荷工况下由于是稀薄燃烧，容易失火(混合气过稀)；HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下，混合气过浓，易发生爆燃。因此目前HCCI方式在发动机上主要应用在中低负荷工况。

( 3 ) 着火时刻和燃烧速率难于控制HCCI着火过程主要要受化学反应动力学控制，着火时刻决定于混合气的成分、温度和压力，只能间接控制着火时刻和燃烧过程。

如果HCCI燃烧控制的较好，则发动机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；如果HCCI燃烧组织的不好,则容易出现爆震或失火，发动机的性能变差。正是由于以上技术难题，使得HCCI发动机广泛的商业化生产受到限制。

因此，目前及今后一段时期内的工作都将主要集中在燃烧技术的控制方面，包括燃烧诊断、燃烧模式切换和瞬态工况过渡。