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 > 10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式 > Video
同学们好
这节课我们学习
内燃机部分预混压缩着火燃烧模式
HCCI燃烧模式是一种理想的
高效低污染燃烧模式
但在燃烧始点
及放热速率控制等方面
仍然存在着较大困难
针对HCCI燃烧存在的这些问题
国内外许多学者
为控制HCCI燃烧模式的放热过程
并拓展其运行负荷范围
作了积极的探索
人们逐渐认识到
一味追求绝对均质的
混合气压燃模式没有必要
而应该采用燃油分层
或多次喷射等控制策略来实现
对HCCI燃烧过程的
有效控制和负荷拓展
因此
近年来部分预混压燃
简称PCCI
低温燃烧
简称LTC等概念相继出现
PCCI燃烧通过增强预混合
以同时避开NOx和碳烟的生成区域
在Φ-T图上的分布形状
与常规柴油机燃烧相似
混合气浓度
和燃烧温度范围相对较窄
如图所示
但比HCCI燃烧范围宽
LTC燃烧不强调均质混合气
燃烧室内可以存在局部过浓区域
所以低温燃烧在Φ-T图上的分布形状
与常规柴油机燃烧相似
但分布区域移到了
碳烟半岛的低温一侧
LTC燃烧通过EGR或稀燃
来同时避开NOx和碳烟的生成区域
壳牌石油公司的Kalghatgi等人
2006年提出了一种
在高压共轨压燃式发动机上
燃用高挥发性
高辛烷值汽油类燃料的燃烧模式
如图所示
该燃烧模式采用在进气冲程
和压缩冲程中多次喷入汽油
或者在压缩上止点附近
单次喷入汽油以形成分层混合气
来控制燃烧过程
因而这种汽油燃烧方式被称为
“部分预混压燃”PPCI模式
或者“部分预混燃烧”
简称PPC燃烧模式
汽油PPCI模式的核心思想是
不管是单次喷油还是多次喷油
都要确保最后一次喷油结束时刻
与燃烧开始时刻完全分开
避免类似传统柴油机中
“边喷边着”的情况出现
从而防止形成“火里喷油”的
扩散燃烧过程
由于采用了非均质分层混合气
自燃着火的燃烧方式
PPCI模式可以通过最后一次
在压缩上止点附近的喷油过程
来触发燃烧
使得燃烧始点在一定程度上得到控制
同时由于燃烧浓度分层
抑制了大规模集中放热
因而PPCI模式又能在一定程度上
缓解大负荷时的粗暴燃烧
此外
由于高辛烷值汽油类燃料的
滞燃期较长
可以保证着火前燃油
同空气充分混合
从而实现较低的污染物排放
这幅图给出了不同EGR率
和不同进气压力下
汽油PPCI模式与
HCCI模式的指示比油耗
随负荷的变化情况
从图中可以看出
PPCI模式的运行范围
较HCCI模式有了较大幅度的提高
同时在大负荷下
保留了HCCI模式低油耗的优势
值得一提的是
Kalghatgi等人在一台压缩比为14的
高压共轨重型柴油机上
燃用RON95汽油
采用32%的EGR率
和2bar的进气压力
在转速1200r/min
指示平均压力为14.86bar的工况下
实现了指示比油耗为178g/(kW·h)
指示比NOx排放为1.21g/(kW·h)
烟度为0.36FSN的高效
低排放汽油PPCI燃烧过程
2011年
瑞典隆德大学的Johansson等人
探索了不同负荷下
高辛烷值汽油的PPCI燃烧模式
在大负荷下
研究了进气增压
和EGR率对高辛烷值
汽油PPCI模式的影响
在小负荷下
研究了采用负阀重叠产生
缸内热EGR的方法
对高辛烷值汽油PPCI模式怠速
及低负荷运行稳定性的影响规律
研究结果表明
当采用50%左右的EGR率
和进气增压时
能够实现从怠速到指示平均压力
为26bar负荷范围的汽油PPCI模式
且指示效率保持在53%~55%
同时指示NOx比排放
低于0.30g/ (kW·h)
烟度低于0.30FSN
但是
最大压力升高率偏高
超过了20bar/(°)CA
此外
针对汽油机PPCI模式冷起动
和小负荷运行稳定性的问题
Johansson等人提出可以在
中小负荷范围内采用
可变压缩比技术
来实现汽油类燃料的稳定压燃
而冷起动过程
则可以采用电热塞辅助的
汽油PPCI模式
如图所示
之所以不采用火花塞辅助冷起动
是因为在50%或更高的EGR率下
被废气稀释的预混合气的可燃性比较差
瞬间放电的火花点火方式输出的
有限能量可能无法顺利点燃预混合气
清华大学2005年提出了一种
类似PPCI燃烧模式的
汽油分层充量压燃
简称SCCI方法
即在进气冲程进行一次喷油
以形成均质稀混合气
在压缩冲程后期进行二次喷油
在燃烧室凹坑内形成
接近均质的浓混合气
压缩终了时
浓混合气区域首先着火
缸内温度和压力升高
由此引起稀混合气区域随之着火
混合气浓度分层方法
有利于HCCI工况范围向高负荷扩展
此外
国内的天津大学
上海交通大学
西安交通大学等
也都进行了类似的准均质压燃研究
这些研究结果表明
汽油分层充量压燃的方式
能够有效地控制燃烧放热的进程
从而可以在一定程度上
拓展HCCI汽油机的运行负荷范围
上述汽油PPCI模式
在着火控制和负荷拓展方面
较HCCI模式有所进步
但仍存在最大压力升高率
和燃烧噪声偏高的问题
以及需要大比例EGR
来稀释混合气
并压制燃烧放热进程等问题
这些问题本质上
都是由PPCI燃烧模式采用的单阶段
大规模集中放热所导致
为此
清华大学提出一种
汽油“多段预混压燃”
简称MPCI的
新型燃烧模式
MPCI模式是
在压缩上止点附近按照
“喷油－燃烧－喷油－燃烧”的方式
组织喷油和预混合气压燃
而且每次喷油和燃烧都要
尽可能在时间顺序
和空间区域上彼此分开
不相互重叠
如图所示
从而实现碳烟和NOx的同步降低的目标
此外
汽油MPCI模式还具有
“低温－高温两阶段预混压燃”特征
可以通过多次喷射穿越碳烟
和NOx半岛之间的高温区
扩展到大负荷
如这幅图所示
MPCI燃烧模式不同于低温燃烧模式
可以不采用EGR也能
取得较好的节能减排效果
这一点与汽油PPCI模式
必须依赖高EGR率
来实现高效清洁燃烧
具有本质的不同
关于柴油机部分预混压燃模式的研究
瑞典隆德大学Johansson等人
在重型柴油机上
通过大量冷却EGR
和较低的压缩比使滞燃期延长
实现了部分预混合燃烧
PPC燃烧模式
如图所示
随着EGR量的增加
NOx逐渐减小
HC和CO排放逐渐增加
但Soot排放呈先增加后减少趋势
为了实现NOx和soot排放同时降低
PPC需要引入非常多的EGR
EGR率高达70%以上
这会造成混合气功率密度下降
为此
要在全工况平面下使用PPC燃烧模式
需要结合高增压
高EGR率以及高喷射压力的
“三高”技术
关于内燃机部分预混压缩着火燃烧模式
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
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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
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-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
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-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）
