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 > 10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式 > Video
同学们好
这节课我们学习
柴油机均质混合气压缩着火
HCCI燃烧模式
汽油机HCCI
也称CAI燃烧的主要目的
是通过稀混合气压缩着火方式
提高热效率
同时通过稀混合气低温燃烧
保持低的NOx排放
而柴油机本身就是
稀混合气压缩着火模式
热效率较高
但碳烟和颗粒物是柴油机
非均质扩散燃烧方式固有的产物
尽管柴油机总体上是“稀燃”
φa>1.2
但是在燃烧室中存在许多
局部“过浓”的易产生碳烟区域和
偏稀的φa=1.1附近易产生NOx的区域
因此
柴油机应用均质混合气
压缩着火燃烧模式的主要目的
是通过形成均质混合气降低碳烟
通过低温稀燃降低NOx排放
图所示是在柴油机HCCI燃烧研究中
常用的φ-T图曲线
它给出了混合气浓度
用燃空当量比φ表示
和燃烧温度用T表示对碳烟
及NOx生成的影响
常规柴油机由于
喷雾周边高温富氧燃烧
导致大量NOx产生
喷雾核心区在较高温度下
过浓缺氧燃烧
导致碳烟产生
因此
NOx和碳烟排放呈现Trade-off关系
就是此消彼长关系
无法同时降低这两种有害物排放
而HCCI燃烧发生在低温
稀燃范围
T<2000K
Φ<1
可以同时避开NOx
和Soot的生成区域
但HCCI燃烧所在的φ-T区域狭小
着火控制难度大
图中的低温燃烧LTC
和部分预混压燃PCCI
可以看做HCCI燃烧模式的拓展
下一节会详细讨论
下面重点介绍柴油机HCCI燃烧的
主要控制方法
汽油燃料的物理稳定性不好
而化学稳定性好
容易形成均质混合气
而不容易自燃着火
因而汽油机HCCI的主要难点
是如何控制压缩着火
而柴油燃料则相反
其物理稳定性好
也就是不易挥发而化学稳定性差
也就是容易着火
它不容易形成均质混合气
而容易自燃着火
因而柴油HCCI的主要难点
是如何形成均质混合气
在柴油机上实现HCCI燃烧的
主要方法有
采用雾化速度更快的喷油方法
如更多的喷孔和更高的喷射压力
提前喷油
使燃油在着火前有充分的
蒸发混合时间
推迟喷油
利用高温环境加速燃油蒸发
并想方设法大幅度延长滞燃期
以形成均质混合气
（1）提前喷油
丰田公司在1995年开发的
UNIBUS燃烧系统是一个典型的
提前喷油HCCI燃烧系统
它大幅度提前喷油时刻
采用喷雾锥角为60°的
轴针式喷嘴
以形成贯穿距小
喷雾范围大
油粒细而均匀的喷雾
在喷油时刻提前至上止点前50°CA时
可以使碳烟和NOx同时降至接近零
但THC排放明显恶化
功率下降
并且只能在较小负荷下运行
在以后的研究中
UNIBUS燃烧采用了两次喷射的策略
进一步拓展了负荷范围
（2）推迟喷油
典型实例是日产公司
1996年开发的MK燃烧系统
其主要特点是大幅度推迟喷油时刻
至上止点附近
采用涡流比为3～5的强进气涡流
以及采用高达45％的EGR
EGR在这里不仅是推迟
和控制着火落后期长短的手段
而且是控制燃烧速率和燃烧温度
以抑制NOx产生的对策技术
这幅图给出了实现MK燃烧过程的
主要技术路径和排放降低效果
NOx降低到原机水平的1/12左右
碳烟由2个Bosch烟度单位
降至几乎为0
HC也降低了50％左右
图a和图b分别给出了
MK燃烧过程的示功图
和燃烧放热率
原机的放热率呈现出
一般直喷式柴油机初期放热率高
以及预混和扩散两阶段燃烧的特点
以c点为分界
而MK燃烧由于推迟喷油
和EGR的阻燃作用
在上止点后10°才开始着火
放热率上升较缓
且峰值也明显降低
放热率形状接近正三角形
与一般汽油机的放热率形状接近
因而其最高燃烧压力
甚至低于压缩压力
压力升高率dp/dφ也很低
燃烧噪声小
从图c的燃烧过程高速摄影
与图b中各点对应也可看出
MK燃烧火焰呈现出透明度高
亮度低以及颜色均匀等
预混合燃烧的特点
没有出现一般柴油机形成碳烟
造成的明亮光焰
MK燃烧方式已被日产公司应用
在1998年推出的
YD25DDT柴油发动机上
并达到了日本的长期排放法规
和欧洲3阶段排放法规所要求的限值
最后
我们探讨柴油机HCCI燃烧面临的挑战
尽管已研究出一些有效的
柴油机HCCI混合气快速形成方法
同时柴油着火相对容易
但仍然存在着火时刻
和燃烧速率控制难的问题
柴油机HCCI燃烧要在宽广的转速
和负荷工况平面上运行
还有较大难度
控制不好
甚至出现燃油恶化的情况
另外
柴油机HCCI燃烧的THC
和CO排放比传统柴油机燃烧
有明显增加
由于柴油HCCI燃烧难以
在全负荷平面内实现
因而不用后处理仍然无法满足
欧四及其以上排放法规的要求
关于柴油机均质混合气
压缩着火HCCI燃烧模式就简单介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-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
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-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
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-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
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-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）
