当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第十章：新燃烧模式与替代燃料发动机 > 10.5 均质混合气引燃（HCII）模式 > Video
同学们好
这节课我们学习
均质混合气引燃燃烧模式
均质混合气引燃
简称HCII
是清华大学在2005年提出的
一种双燃料燃烧模式
其基本思想是向进气道喷射
高辛烷值易挥发性燃料
在进气和压缩冲程中
形成均质混合气
在上止点附近缸内直喷
高十六烷值燃料进行多点引燃
高辛烷值燃料可以是汽油
甲醇 乙醇和CNG等
高十六烷值燃料
可以是柴油 也可以是二甲醚等
该燃烧方式能够获得
接近柴油机的热效率
同时降低发动机排放
针对未来能源多源化的趋势
该技术可以使用不同来源的燃料
适应不同燃料的特点
同时
HCII燃烧相比HCCI燃烧
着火时间更易控制
失火概率小
但HCII燃烧需要两套供油及喷油系统
在此以汽油和柴油双燃料为例
介绍HCII燃烧模式的
基本原理和主要性能
图所示给出了
汽油均质混合气柴油引燃
HCII燃烧系统示意图
利用普通的电控低压喷射系统
在进气道内喷射汽油
在缸内形成汽油均质混合气
然后在压缩过程后期
喷入柴油引燃均质混合气
多点大面积的柴油燃烧形成
多点火核中心和火焰传播区域
可获得较高的燃烧放热速率
而柴油的喷射量多少
和喷雾分布形态可以控制燃烧速率
图所示给出了
不同汽油与柴油比例时的
HCII燃烧放热率和压力变化曲线
试验工况为低速 小负荷
当汽油在总燃料中的质量比
达到87%时
呈现明显的汽油“单峰”放热特征
最大放热速率甚至超过柴油
随着汽油与柴油比例变化
放热速率峰值和形状
都发生明显变化
由此可以控制燃烧速率
由高速摄影可以观察到
随汽油比例的增加
柴油喷雾着火点出现的区域
由燃烧室中心向壁面拓展
呈现中心与周边同时着火的特征
研究中发现
在不同的发动机运行工况
和不同汽柴油比例条件下
HCII燃烧模式呈现出
复杂的放热规律
如图所示
HCII放热规律可以分为三类
即缓慢单阶段燃烧
两阶段燃烧
快速单阶段燃烧
缓慢单阶段燃烧时
燃烧放热由初期较低放热峰
和后期较长的缓慢放热组成
放热峰主要由柴油放热
和被卷入着火区域的汽油放热组成
燃烧后期则主要是汽油的
缓慢氧化放热
此时
汽油不能完全燃烧
THC和CO排放高
燃烧效率和指示效率均较低
应尽量避免此种燃烧模式
两阶段燃烧时
燃烧放热呈现出分段
和顺序燃烧的特点
放热率曲线出现两个放热率峰值
第一阶段放热主要由
柴油自燃放热
和被卷入着火区域的汽油放热组成
第二阶段放热
主要是汽油的大面积自燃
燃烧速率快
产生了第二个放热率峰值
此时
汽油燃烧比较完全
CO和THC排放比较低
燃烧持续期短
燃烧效率较高
同时指示热效率达到最高
最高缸内压力和压力升高率
也保持在较低的水平
HCII两阶段燃烧的本质
都是预混燃烧
不会产生高的碳烟
将NOx和碳烟排放解耦
较柴油机两阶段的扩散燃烧
具有明显的优势
HCII中高负荷时
有必要将燃烧控制
在两阶段放热模式
从而降低压力升高率
抑制燃烧粗暴
快速单阶段燃烧时
燃烧放热呈现快速单峰放热的特点
汽油的自燃着火时刻明显提前
柴油放热主导的放热峰
和汽油大面积自燃放热峰叠加
导致了极高的放热峰
此时
燃烧完全
CO和THC排放低
燃烧持续期短
燃烧效率高
但是由于缸内温度明显升高
传热损失增大
指示热效率下降
由于放热集中
燃烧粗暴
最高缸内压力
和压力升高率明显升高
NOx排放也大幅度升高
HCII中小负荷时
可以将燃烧控制在快速单阶段燃烧
获得较高的热效率
这幅图给出了
汽油和柴油的当量比
对HCII放热规律的影响
随着汽油当量比Фp的增大
燃烧状态依次出现缓慢单阶段燃烧
两阶段燃烧和快速单阶段燃烧
柴油当量比Фd也对燃烧
有着重要的影响
随着Фd的增大
从缓慢单阶段燃烧
进入两阶段燃烧时的Фp变小
同时出现快速单阶段燃烧时的Фp也变小
这幅图给出了
汽柴油HCII发动机在低速
小负荷工况下的油耗
NOx 烟度
随汽柴油质量比的变化规律
从图中可以看出
随着汽油比例的增加
HCII燃烧的放热速度加快
使得热效率得到改善
汽油比例高于60%后
HCII燃烧的指示效率
已经高于纯柴油燃烧
并且随着汽油比例增加
而进一步升高
此外
汽油的加入能够实现低温燃烧
从而能够改善发动机NOx排放
随着汽油比例的增加
NOx和碳烟排放
都实现同时大幅度下降
汽油比例小于40%时
汽油当量比很小
燃烧模式可以认为是
缓慢单阶段放热
汽油部分燃烧不理想
导致整体的热效率下降
且碳烟略有升高
随着汽油比例升高
高于60%
燃烧模式转变为快速单阶段放热
使得整体热效率
和碳烟排放都得到了大幅度改善
近年来
威斯康辛大学Reitz教授
提出了一种类似HCII的活性可控压燃
简称RCCI燃烧模式
RCCI是使用至少两种不同活性的燃料
在缸内混合
并利用多次喷射来控制缸内活性
从而优化燃烧相位 持续期的
双燃料发动机燃烧技术
RCCI燃烧过程包括向缸内引入
低活性燃料 使得低活性燃料
空气和循环废气充分混合
在预混燃料着火之前
大约30°CA
使用一次喷射或者多次喷射
向缸内直喷入高活性燃料
研究表明
RCCI能够实现低温燃烧
实现NOx和Soot的近零排放
同时由于能够大幅度降低散热损失
从而可以获得超过50%的热效率
如图所示
与HCII相同
RCCI除了使用汽油和柴油双燃料外
高辛烷值燃料可以是
甲醇 乙醇和CNG等
高十六烷值燃料
可以是生物柴油和二甲醚等
通过使用十六烷值改进剂
可以增加低辛烷值燃料的活性
从而可以进气道喷射高辛烷值燃料
缸内喷射含有添加剂的
同一种高辛烷值燃料
实现单一燃料的RCCI燃烧
HCII和RCCI燃烧模式
也存在一些问题
如THC排放明显高于常规柴油机
但低于常规汽油机
尤其是在小负荷时
这是预混合燃烧的共同弱点
大负荷时容易爆震
其原因与汽油机爆震类似
此外
对CNG/柴油
LPG/柴油及醇类/柴油等
双燃料的研究
从燃烧组织形式上
也可归结为HCII燃烧模式
其中很多规律是具有共性的
这里就不详细展开进行探讨
关于均质混合气引燃HCII燃烧模式
就简单介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
