HCCI未来的发动机
发动机新技术毕业论文讲解
设计（论文）题目：汽车发动机新技术的概况与结构原理学院名称：内蒙古大学交通学院专业：汽车运用技术班级：汽车（15）班姓名：郭建平学号：5 1 0 3 0 1 9指导教师：李春芾2013年04月 07日目录绪论：一.汽车发电机发展历史回顾1.1 汽车的起步阶段1.2 汽油机之前的摸索阶段1.3 奔驰的单缸二冲程汽油发动机1.4 四冲程发动机的应用1.5 化油器发动机的淘汰1. 6 电喷发动机的应用二.发动机进排气控制技术2.1 可变气门2.2 可变气门正时2.3 可变进气系统三.汽油缸内直喷技术3.1 缸内直喷技术概念简述3.2 缸内直喷的优点分析3.3 缸内直喷的广泛运用四.发动机均质充量压缩燃烧技术4.1 发动机均质充量压缩燃烧技术概述4.2 HCCI的燃烧机理4.3 HCCI 的优点4.4 HCCI缺点4.5 HCCI特点及其重要意义五 .柴油机电控高压共轨燃油喷射技术5.1柴油机电控高压共轨燃油喷射技术5.2电控柴油喷射系统组成5.3电控高压共轨燃油系统工作原理5.4电控高压共轨燃油系统的特点六.结论七.参考文献正文绪论：21世纪的内燃机将面临来自各方面的挑战,它将义无返顾地朝着节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向迅猛发展。
在21世纪,天然气、醇类、植物油及氢等代用燃料将为内燃机增添新的活力,而内燃机电子控制技术在提高品质的同时也延长了内燃机行业的“生命”。
新材料、新工艺的技术革命,为21世纪内燃机的发展产生了新的推动力。
21世纪的内燃机,将在造福人类的同时不断弥补自身缺陷,以尽可能完美的形象为人类作出新的贡献。
一.汽车发电机发展历史回顾1.1 汽车的起步阶段汽车的起步阶段，那时的汽车被马车嘲笑，污染严重，但起步的意义却非同寻常。
汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。
如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCM汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。
HCCI
ignition ,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。
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。
品发动机上实现仍然有相当大的技术难度。
采用分缸闭环独立控制保证多缸HCCI发动机各
缸之间工作均匀性也是HCCI发动机产业化必须采用的
技术。戴姆勒· 克莱斯勒公司2005年底将一台1.8L4行
程壁面引导缸内直喷汽油机改造成SI/HCCI混合燃烧模
式发动机(RZF),利用VVT在一个循环内完成SI/HCCI燃
Christensen在1997年就通过实验证明,HCCI发动 机的热效率比火花点火发动机要高23％,甚至超过 了直喷式柴油机。
(3)燃料适应性HCCI发动机可使用多种燃料,包括汽 油、柴油、天然气、醇类、二甲基醚(DME)等。从 原理上说,只要火前燃油能够蒸发并与空气混合,就 可以用作HCCI燃烧燃料。
早在20世纪30年代,人们就认识到均质混合气压缩
自燃的燃烧方式在汽油机上存在, 但它一直被认为是一
种异常燃烧现象而被抑制。在二冲程发动机上真正有意
识应用HCCI燃烧始于1979年Onishi的研究。随后
Yoichi等仔细研究了利用内部EGR在二冲程发动机上实
现HCCI的应用;Norimasa等人研究了代用燃料在二冲
(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 。
HCCl
结论：
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。但也存在实现 不容易，排放HC过多等缺点。
比较内容 燃料 混合气 形成方式 稀薄燃烧
点燃式发动机 燃料汽油等 化油器或 喷射- 均质 否
实现HCCl的方法
基本原理：通过压缩缸内均匀的燃油和空气 的混合气，在上止点(TDC)附近实现自燃。
汽油机 柴油 柴油机
均质混合气的形成是实现对HCCI燃烧控制 的第一步。 国际上采用的柴油均质预混合气方式包括： 进气道缸外预混、缸内早喷射和晚喷。
a．缸外预混HCCI
即在进气冲程把柴油喷入进气管，与空气混合形成预混合气。 采用进气道喷射，利用进气涡流来强化混合气的形成，是提 高混合气均匀度的一个相对简单的方法。但要求较高的进气 温度来促进柴油的蒸发，需要安装加热装置和进气道燃油喷 射系统，并且不利于柴油机冷启动。早期的研究中多采用这 种方法制备混合气，最早进行研究的美国西南研究院曾采用 这种方式引入混合气，燃料在进气道喷出后与空气混合形成 均匀的混合气，进气门开启时混合气进入缸内压缩、着火。 柴油由于挥发性较差以及壁面撞击，采用此法将导致较高的 HC和CO排放以及燃油消耗量的增加。
( 7) 合适燃料( 包括混合燃料) 的开发。 ( 8) 多缸机各缸均匀性的保证。
柴油机HCCI燃烧具有超低的NOx和PM排放，具有很高 的能量转换率，这对传统柴油机来说，不但保留了原有的节 能优势，还大大降低了排放，使其性能更加完美，这无疑具 有很大的发展前景。不过，柴油机HCCI燃烧的HC和CO排 放偏高，有待进一步降低。另外，影响柴油HCCI燃烧的因 素多，使得难以控制，必然要采用双模式运行方案。即中、 低负荷时，采用HCCI燃烧方式；高负荷时，使用传统模式。 随着发动机技术的进步，柴油机HCCI燃烧的控制将更加完 善，真正达到实用化的目的。
内燃机HCCI技术的发展
自 ｌ ７ 年产生 第一 台四冲 程 内燃 机以 从 ８６ 来， 内燃 机工业经过 一百 多年 的发展 ， 传统 的
质 充 量 压 缩 燃 烧 。 既 不 同 于 传统 汽 油 机 迅 速 ， 点 同 步 发 生 而 且没 有 明 显火 焰 前 它 多 的 火花 点 火 、 焰 传 播燃 烧 方 式 ， 不 ｊ 火 也 锋 ， 烧温 度 低 且温 度 分布 较 均 匀 ， 燃 因此 只
ｐ ｏ ｓ ｎ ａ ｄ ｆ ａ ｔ ｌ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｔ ｅ Ｏ ｔ ｏ ｏ ＩＣ ． ｒ ｍｉｉ ｇ ｎ ｅ ｓｂｅ ｔ ｏ ｎ ｈ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｆ Ｉ ＣＩ
Ｋｅ ｗ ｏ ｄ ： Ｃ ； Ｃ ； ｒ ｇｒ ｓ ｙ ｒ ｓ Ｉ Ｅ Ｈ ＣＩ ｐ ｏ ｅ ｓ
（ ｃ ｉｅｙ ｌ ｔ Ｔ ｈ Ｏ ｌ ｅｄ ｏ ａ ｙ，ｈ ｍｉ８ ９ ０ ） Ｍａ ｈｎ ｒ Ｐａ ｕ ａ ｉ ｉｌ ｎ ｆ Ｃ ｍｐ ｎ ａ ３ ０ ９
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｔ ｅ ｈ ｏ ｙ， ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔ ｃ ａ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｏ ＨＣ Ｉ ｃ ｍｂ ｓ ｉ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｎ ｔ ｅ ｒ ｂ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｈ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｎｄ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｆ Ｃ ｏ ｕ ｔ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｄ ｈ ｐ ｏ ｌ ｍ ｌｍｉｅ ｔ ｉ ｕ ｔｉ ｉ ｔ ｄ ｈｅ ｎｄ ｓｒ － ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＨＣ ｅ ｇ ｎ ｓ Ａｔ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｉ ｄ ｔ ｉ ｌｚ ｔｏ ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ＩＣ ｆ ｃ ｓ ｏ ｃ ｍｂ ｓ ｉ ｎ ｄ ａ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｏ ｌｚ ｌｏ ｆ ＣＩ ｎ ｉ ｅ ； ｒ ｓ ｎ ， ｈ ｉ ｎ ｕｓ ，ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｅｅ ｒｈ ｆ Ｉ ＣＩ ｏ ｕ ｎ ｏ ｕ ｔ ｏ ｉ ｇ ｏ ｉ ， ｈ ｈａ ｇ ｆ
发动机HCCI技术概要
Mercedes-Benz F700 DiseOtto直4 1.8T CGI HCCI发动 机
奔驰的07年的F700概念车为例，其 DiseOtto 1.8T直4 CGI直喷发动机在 采用HCCI技术后，输出功率达到 238hp，最大扭矩达到400Nm，完 全就是一台3.5L V6的水平，难得的 是它的油耗仅为6L/100km，二氧化 碳排放仅127g/100km。
展望未来
相信随着技术难关的不断攻克，HCCI技 术将会快速普及到大众当中，作为一种新 的节能增效技术，为地球的蓝天作一份贡 献。
谢谢
---那HCCI技术那么好，为什么还不 马上推广大量是用呢？ ---原来现在的HCCI技术还有一些技 术难关。
技术难关
一 在燃烧时刻的控制上，HCCI发动机靠汽缸的压力和温度自燃， 油气混合气的密度，汽缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制， 所以发动机的ECU管理程序也要进行相应的加强。 二 由于HCCI的同时压燃和放热，瞬时间汽缸和活塞会受到强大的 压力，有可能会产生爆震的现象，所以必须降低混合气的空燃比（低于 传统的14.7：1），这就需要HCCI在稀燃状态下工作，排气的温度也比 较低，使得发动机较难采用涡轮增压。以上这些都使得HCCI可能达到的 最大负荷比典型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多。另外，低排气温 度对催化转化器来说也是一个问题，因为需要相当高的温度才能起动氧 化/还原反应。 三 也就由于刚才我们讲到的HCCI发动机可能达到的最大负荷比典 型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多，所以，在大负荷高转速的时候 或者冷机状态下发动机还必须依靠传统的火花塞点火系统，这就间接要 求了发动机的压缩比可变，在传统点火模式的时候变回低压缩比。所以 气门正时系统及众多的压力传感器也是必须的。
乙醇燃料HCCI-SI双燃烧模式发动机性能的试验研究
文章编号 ：６ ３１９ ２ ０ ） １０ ０ －４ １ ７ ．５Ｘ（０ ７ ０ －０ １ ． － ０
乙醇燃 料 ＨＣ Ｉ Ｉ Ｃ — 双燃 烧模式 发动机 性能 的试验研 究 Ｓ
郭英男 ， 彭亚平 谭 满志 刘 爽 李 华 张人杰 李孟 华２ ， ， ， ， ，
负荷 的越小 ， 混合气变得更稀 ， 内燃烧温 度进一步 降低 ， Ｏｘ的降低幅度越 大。但 在整个负荷变化 范围内 Ｃ 缸 Ｎ Ｏ和 ＨＣ的排 放 都 比较 Nhomakorabea高 。
关键词 ： 乙醇 ； 双燃烧模式 ； 性能 ； 排放 中图分类号 ： ７ ． ＋４ Ｕ４ ４ １ ＋４ Ｕ４ ３ １ ； ６ ． １
．
０ Ｉ ｔｏ ｃｉ ｎ ｒ ｄｕ ｔ￣ ｏｎ
Ａｌｎ ｔ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｃ ｎ ｍｙ ｔ ｅ ｏ ｇ ｗｉｈ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆ ｅ ｏ ｏ ， ｈ
ｐ ｏ ｌ ｆ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｒｂｅ ｍｓ ｏ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔ ｎ ｅ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ｌ ｏ ｏ ｐ ｏ ｅ ｔ ｎ ｈ ｖ ｅ ｏ ｒ ｎ ｒ ｍｐ ｒａ ｔ ｒ ｔ ｃ ｏ ａ ｅ ｂ ｃ ｍｅ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｉ ｏ ｔ ｎ ． ｉ
Ｔｈ ｔ ａ ｏ ｅｅｈ ｎ ｌ ＨＣＣＩｃ ｍ ｂ ｓ ｉｎ ｈ ｓｂ ｅ ｃ ｉｖ ｄ ｏ ｕ ｔ ａ ｅ ｎａ ｈｅ ｅ ｏ
ｉ ｕ ｌ ｄ ｅｅ ｇｎ ｔ ａ ｔｔ ｅｍｏ ｍａ ａ ｅ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ｍｏ ｎ ｉｅｗ ｈ ｆｓ－ｈ ｒ ｎ ｇ ｍ ｎ Ｉ ｉ
维普资讯
第２ ６卷第 １期
Ｖ０ ． ６． １ ２ Ｎｏ． １
汽油HCCI发动机实时控制系统的开发
锈钢材料上稳定加工出缝宽30 m左右的微缝结构以及直径为10 m的探针和微直角结构,其尺寸均匀,加工稳定性好。
参考文献:[1] Zhu D,W ang K,Qu N S.M icro Wir e Elect rochemical Cutt ing by U sing In Situ F abricated W ire Electro de[J].A nnals o f the CIR P,2007,56(1):241 244.[2] K im B H,N a C W,L ee Y S,et al.M icr o Electr ochemical M achining o f3D M icr o Str ucture U singDilute Sulfur ic A cid[J].A nnals of the CIRP,2005,54(1):191 194.[3] Schuster R,K ir chiner V,A llo ng ue P,et al.Electr ochemical M icro M achining[J].Science,2000,289:98 101.[4]朱荻,王明环,明平美,等.微细电化学加工技术[J].纳米技术与精密工程,2005,3(2):151 155.[5] 王昆,朱荻,张朝阳.微细电解线切割加工的基础研究[J].中国机械工程,2007,18(7):833 837.[6] 徐惠宇,朱荻.微细群缝的精密电解加工研究[J].中国机械工程,2004,15(21):1912 1915.(编辑 郭 伟)作者简介:王少华,男,1981年生。
南京航空航天大学机电学院博士研究生。
主要研究方向为微细电解加工。
朱 荻,男,1954年生。
南京航空航天大学机电学院教授、博士研究生导师。
曲宁松,男,1968年生。
南京航空航天大学机电学院教授。
王 昆,男, 1981年生。
南京航空航天大学机电学院博士研究生。
HCCI
均质充量压缩燃烧研究现状与存在的问题-廖水容在能源危机和环境保护的双重压力下, 人们对高效能、低污染动力源的需求与日俱增, 对柴车油机性能的要求越来越高。
但目前车用传统发动机从燃烧过程上无法同时降低 NOX 和碳烟的排放, 降低 NOX 排放导致温度降低, 不利于碳烟的氧化反应, 使碳烟排放量增加, 即不能同时解决碳烟和 NOX 生成的 trade-off 关系。
在这种情况下, 许多研究人员开始尝试一种预混合燃烧和低温燃烧相结合的新型燃烧方式: 依靠预混合燃烧形成的均匀混合气和低温燃烧较低的缸内温度来同时降低碳烟和 NOX 排放。
这种燃烧方式被称作均质压燃式燃烧方式, 即 HCCI( Homoge- neous Charge Compression Ignition) 。
1.HCCI 简介HCCI 的中文意思是“均质充量压缩点燃”。
从理论上讲, HCCI 燃烧过程中, 均匀的空气与燃料混合气及残余废气被压缩点燃, 燃烧在多点同步发生且无明显的火焰前锋, 燃烧温度比较均匀, NOX 和碳烟 PM 的形成能够被有效抑制。
2.种燃烧方式发动机的比较均质混合气压燃燃烧方式的出现, 有效地解决了传统均质稀薄点燃燃烧速度慢的缺点, 是有别于传统的汽油机均质点燃预混燃烧、柴油机非均质压燃扩散燃烧和 GDI 发动机分层稀薄燃烧方式的第四种燃烧方式。
3.HCCI 的优缺点HCCI 燃烧方式综合了传统的压燃式发动机和传统的火花点火式发动机的优点。
HCCI 燃烧方式的优点如下 1) 热效率高。
( 2) HCCI 燃烧与传统的柴油机相比, 可以减少90%～98%的 NOX 排放。
( 3) 据研究表明, HCCI燃烧会产生低水平的烟雾和微粒排放。
然而, HCCI 燃烧方式也具有如下缺点 1) 运行范围有限。
发动机采用HCCI 方式运行受到失火( 混合气过稀) 和敲缸( 混合气过浓) 的限制[ 2] 。
( 2) HC 和 CO 排放较高。
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０ ３００ ５００ ７００ ９００ １１００１３００ １５００１７００１９００２１００ 燃烧温度（ ）
图 ７ 在大约 １１００ 以下实际上绝对不形成 ＮＯｘ
它主要地让系统仍保持运转状态 ＨＣＣＩ 技术利用机内废气再循环其功
能发挥到 ５ ０ ％ 已算很好 而在较高的负
荷下 仅仅是外部冷却废气再循环就很 有成功希望 这里出现一个小小的恶性 循环 因为越多的废气再循环发挥作用 那么就会有越多的功率遭到损失 另一 个问题是引起柴油过高的易燃性 特别 是在高负荷和高转速下 目前已使研究 者的计划落空
气门关闭 我们只能寄望于最好 因为 各种不同的燃烧特性曲线 终究在 ＨＣＣＩ
新技术在燃烧过程中有时会不稳定 在 上找不到出路
燃烧过程中绝对不能调节自稳定的 代
那么 以下的方法也许是可能的 例
之的是改变燃烧特性 这种改变随温度 如 一个逆行的气门重叠方式 ｎｅｇａｔｉｖｅ
１２００ １０００
８００ ６００ ４００
究一种所有货车制造商寄予 厚望谓之均质压燃点火（ＨＣＣＩ
Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍ－ ｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）的新型发动 机 它是一种汽油机和柴油 机的混合体 以低排放ＮＯｘ和 无碳烟燃烧而引人注目 但 这种发动机的运转仍不均匀 因为它的开发尚处于最初阶 段
１９９８ 年 斯堪尼亚对这 新的 ＨＣＣＩ 燃烧方式启动首次 试验 这一技术不仅仅是得 自于在Ｓｏｅｄｅｒｔａｅｌｊｅ 城的斯堪 尼亚研究中心 而且在另一 所瑞典大学的实验室里也放 着几台 ＨＣＣＩ 发动机 然而瑞 典人并不喜欢单独地为这项 技术效劳 其间 所有的货车 制造商 甚至轿车制造商 他 们在ＨＣＣＩ 均质压燃点火 中
然而，当开发者们为发动机的强度而 对利用新的优化材料抱有希望的时候，他 们却对到底如何起动这种机器一筹莫展 因为在 ＨＣＣＩ 技术中没有废气再循环是不 能达到可适用的燃烧 所以暂时看来，没 有外来的起动辅助是不可行的
专家结论 斯堪尼亚动力系统负责 人Ｕｒｂａｎ Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ说 只需要一个氧化 催化转化器替代 ＳＣＲ 和捕集器 斯堪尼 亚开发设计师 Ｇｒｅｇｅｒ Ｊｕｈｌｉｎ 称 或许 ＨＣＣＩ 是解决 ＮＯｘ 目标冲突的一种手段 曼公司开发设计师 Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｈｅｌｄ 认为 应该在 ＨＣＣＩ 的效率上润润色 CVE
喷油 区别在于喷射必须快速发生 以便
目前已经有三种途径来处理这种情
让燃料保持与空气达到均匀混合的时 况 通过改变压缩和机内废气再循环可
间 无论如何 绝对不能让柴油在喷射 以让燃烧在一定程度上受控 再有就是
结束之前就燃烧，否则将会出现相反结果 控制空气过量 以让 ＨＣＣＩ 技术按规定行
但是 研究者的麻烦事才刚刚开始 事 并保持理想方式燃烧 当然 对于其
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汽车与配件 商用车 ＆ 发动机 ＣＶＥ（Ｎｏ．３） ２００５－１３
万方数据
Ｎ Ｏ ｘ 与燃烧温度关系曲线
Ｕｅｂｅｒｓｃｈｎｅｉｄｕｎｇ 允许所谓的残余空气压 缩 通常是一个先排气门关与后进气门 开相组合 这对气缸中残余空气起着抑 制作用 发动机转速升得越高 气门重叠 速度必然越高 以确保在越来越短的时 间里点火 另一方面 气门重叠对保持在
ＮＯｘ（ｐｐｍ）
２００
低转速必要的最低温度也起重要作用
发展动态 Ｎ Ｅ Ｗ Ｍ Ｏ Ｖ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ
ＨＣＣＩ：
未来（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｇｎｉｔｉｏｎ）燃烧概念是发动机燃烧技术的一大革命 也是发 动机的创新性技术 它是采用均匀的空气与燃料混合气 但用压燃式点火代替火花塞点火 这种燃烧方式 具有较高的热效率 低的 ＮＯｘ 和 ＰＭ 排放
也许采用氧化催化转化器是必要的 因为按目前的研究状况 ＨＣＣＩ 发动机虽
然在碳烟和 Ｎ Ｏ ｘ 控制上显示出良好的风 范 但在 ＣＯ 和 ＨＣ 方面的控制却不尽然 重要的是利用 ＨＣＣＩ技术 或许解决了 低 油耗和低 Ｎ Ｏ ｘ 排放值之间传统的目标冲 突 迄今让发动机人为之奋斗的 要在没 有后处理系统例如 Ｓ Ｃ Ｒ 的情况下实现低 的 ＮＯｘ 排放值 只有利用低的燃烧温度才 能达到 然而随之而来的是发动机效率 差
发现一种方法 就是能在令人满意废气 排放值情况下提高发动机效率 从而降 低油耗 而卡车制造商却主要迷恋于由 这种新燃烧方式所引起难以想象的清洁 废气
斯堪尼亚新产品开发部负责人Ｇｒｅｇｅｒ Ｊｕｈｌｉｎ描述了这ＨＣＣＩ技术无与伦比的有害 物质排放的特点 他说 这新技术的核 心是绝对无碳烟的燃烧和几乎没有氮氧 化物 ＮＯｘ 排放 斯堪尼亚动力系统负 责人Ｕｒｂａｎ Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ补充道 实现欧ＶＩ 以上排放值的发动机 Ｓ Ｃ Ｒ 和微粒捕集 器 以及废气再循环系统也许难以做到 而且价格也很昂贵 他的结论是 采用 ＨＣＣＩ 或许仅仅需要一个小型的氧化催 化转换器 Ｏｘｉ－Ｋａｔ 即可
ＨＣＣＩ 发动机优点有：１ 同时保持较 高的动力性和燃油经济性 ２． 同时降低 ＮＯｘ 和 ＰＭ 因此获得世界各国广泛的重 视并进行深入研究 目前 ＨＣＣＩ 发动机商 业化还存在以下问题
１．发动机冷起动困难 ２．废气控制系统的研究 使用 ＨＣＣＩ 发动机由于燃烧温度低 混合气混合均 匀使 ＮＯｘ 和 ＰＭ 排放很低 但 ＨＣ 排放较高 需采用机外净化装置 ３．拓宽 ＨＣＣＩ 运行工况范围 高负荷 时 过快的燃烧速度会引起发动机爆震 低负荷时 燃烧速度过慢 会引起火焰传 播中断 总之 ＨＣＣＩ 由于采用均质燃烧混合 气 保持原汽油机升功率高的特点 另一 方面 它取消了节流损失 设计的压缩比 高 采用多点同时着火的燃烧方式 使其 能量利用率高 接近理想的等容燃烧 热 效率较高 保持了柴油机部分负荷下燃 油经济性好的特点 因此其性能上已超 过了压燃式和点燃式发动机 目前 发动机专家们正绞尽脑汁研
尤其是 在 ＨＣＣＩ 上燃料受原理的限 制而会一下子燃烧掉 这不仅产生大量 的噪声 而且由于与此相关的压力升高 使得发动机面对一种 锤击 状态 就像 Ｊｕｈｌｉｎ 称之为 突然冒出的力 那样 因 此，ＨＣＣＩ 燃烧对发动机的机械强度提出了 更高的要求 反之 过分抑制燃烧会是招 致效率的损失 Ｍ Ａ Ｎ 发动机开发设计师 Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｈｅｌｄ预见到正是在这个范围尚 有许多工作要做 他说 在满负荷范围 需要考虑的 正是最敏感的一件事
ＨＣＣＩ 技术可能就完全不一样了 这 种技术继承了汽油发动机均匀的混合气 形成 旨在达到无碳烟燃烧 因为没有浓 混合气 就不会有不完全燃烧 另一方 面 ＨＣＣＩ 技术又从柴油机那里吸取了基 于压缩产生自燃的原理 今天基于喷射 而形成不太均匀混合气的柴油机 就会 在某些点上出现高温燃烧 而在 ＨＣＣＩ 发 动机上由于是均匀的混合气而倾向于在
图 １ ＨＣＣＩ 燃烧方法目前在瑞典斯德哥尔摩 Ｒｏｙａｌ 技术学院的 一台单缸机上试运行
图 ２ 倘若 采用 ＨＣＣＩ 发动机 Ｓ Ｃ Ｒ 和微 粒捕集器 这样的废 气后处理 系统可能 很快成为 历史
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汽车与配件 商用车 ＆ 发动机 ＣＶＥ（Ｎｏ．３） ２００５－１３
万方数据
前沿科技在此展现
ＨＣＣＩ 技术继承了汽 油发动机均匀的混 合气形成 旨在达到无碳烟 燃烧 因为没有浓混合气 就 不会有不完全燃烧 另一方 面 ＨＣＣＩ 技术又从柴油机那 里吸取了基于压缩产生自燃 的原理
在汽油机上的 ＨＣＣＩ 技术
原则上 ＨＣＣＩ 可以采用多种不同的燃料 也包括汽油 然而让发动机研究者感到头 痛的是 本技术在发动机较高负荷下产生 很大的燃烧噪声 所以目前把开发集中在 双模式驱动上 在发动机低负荷下采用 ＨＣＣＩ 燃烧 而在高负荷下采用传统的火花 塞点火 这种成果是可见的 从实验结果 明显看出 在实际油耗上可省油达 １６％ 另外 以其值在 ０．１ｇ／ｋＷｈ 以下的未经处 理的 ＮＯｘ 排放 令人印象深刻地感觉到这 种均质压燃点火燃烧所处的特殊地位
喷射开始
燃烧控制方式 火花塞点火
进气门关闭时 气缸内压缩
图 ６ 柴油 汽油和 ＨＣＣＩ 点火优缺点比较图（优点 ＋ 缺点 －）
ＮＯｘ 临界温度下可完全燃烧
不同而相当随意 例如 从曲轴角度看
Ｊｕｈｌｉｎ描绘了在ＨＣＣＩ发动机的方法 如果负荷增加 点火就向前转移 在 ＨＣＣＩ
仍像原来的柴油机一样 我们在上止点 中 对燃烧的控制只能通过间接方式
ＨＣＣＩ 发动机利用均质混合气 通过 提高压缩比 采用废气再循环 进气加温 和增压等提高缸内混合气的温度和压力 促使混合气压缩自燃 它吸取了汽油机 和柴油机的优点 这种燃烧方式是继承 了汽油机吸入燃料和空气方式并采用柴 油机压燃技术 没有火花塞 也没有燃料 喷射系统 可看成是汽油机和柴油机的 混合体
当柴油已经如预料那样在燃烧室里得以 气门由凸轮轴控制的发动机 这是一种
精细分布的时候 有许多棘手的问题仍 无希望的冒险行为 在可自由控制的气
然摆在人们的面前 正如Ｇｒｅｇｅｒ Ｊｕｈｌｉｎ从 门上 诸如安装在斯德哥尔摩实验用单
自己的痛苦教训中得出的见解 一旦进 缸机上的气门 目前已经准确描述 ２５５ 种
图 ３ 没有废气再循环 ＨＣＣＩ 燃烧是达不到实用的 图５ 没有自由和独立于凸轮轴的控制阀是不行的
图 ４ 燃料和空气 能得到均匀混合以 及压缩点火是 ＨＣＣＩ 技术的特点
２００５－１３ （Ｎｏ．３）ＣＶＥ 商用车 ＆ 发动机 汽车与配件
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万方数据
发展动态 Ｎ Ｅ Ｗ Ｍ Ｏ Ｖ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｔ