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HCCI

HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)的意思是“均質(zhì)充量壓燃”,它是一種以O(shè)tto往復(fù)式汽油機(jī)為基礎(chǔ)的一種新型燃燒模式,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是汽油機(jī)的一種壓燃方式。這項(xiàng)技術(shù)在90年代初已經(jīng)被提出并開(kāi)始實(shí)驗(yàn),但是當(dāng)時(shí)電子控制技術(shù)沒(méi)有現(xiàn)在成熟,所以這項(xiàng)技術(shù)直到現(xiàn)在才被大眾所知。

  HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,都是向汽缸里面注入比例非常均勻的空氣和燃料混合氣。傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)火花塞打火,點(diǎn)燃空氣和燃料混合氣產(chǎn)生能量。但HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)則不同,它的點(diǎn)火過(guò)程同柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相類(lèi)似,通過(guò)活塞壓縮混合氣使之溫度升高至一定程度時(shí)自行燃燒。

  HCCI是一種以往復(fù)式汽油機(jī)為基礎(chǔ)的一種新型燃燒模式,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是汽油機(jī)的一種壓燃方式。這項(xiàng)技術(shù)在90年代初已經(jīng)被提出并開(kāi)始實(shí)驗(yàn),但是當(dāng)時(shí)電子控制技術(shù)沒(méi)有現(xiàn)在成熟,所以這項(xiàng)技術(shù)直到現(xiàn)在才被大眾所知。

  優(yōu)點(diǎn)

  裝備HCCI技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)結(jié)構(gòu)比一般發(fā)動(dòng)機(jī)要復(fù)雜(相比那些“經(jīng)典”發(fā)動(dòng)機(jī)),當(dāng)汽油機(jī)的壓縮沖程快結(jié)束時(shí),汽油通過(guò)直噴油咀噴進(jìn)汽缸,HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比比普通的汽油機(jī)高,所以噴出的小油滴在壓縮沖程完成時(shí)有時(shí)間在汽缸內(nèi)形成均勻的分布,這時(shí)汽缸的壓力足夠使均勻分布的油滴自動(dòng)壓燃,所有的燃料都在同一時(shí)間點(diǎn)燃,所以提高了燃油的使用效率(傳統(tǒng)的汽油和柴油機(jī)都是非均勻的擴(kuò)散式燃燒,在擴(kuò)散的同時(shí)浪費(fèi)了部分的能量)而且由于它采用壓縮點(diǎn)燃的緣故,可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣,因此可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式,直接通過(guò)調(diào)節(jié)噴油量來(lái)調(diào)節(jié)扭矩,不需要節(jié)氣門(mén)。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度低,對(duì)燃燒室壁的傳熱很低,能夠減少輻射熱的傳遞,還能大幅降低氮氧化合物的形成。另一個(gè)特點(diǎn)是燃燒周期很短。因?yàn)槿紵^(guò)程主要是受化學(xué)反應(yīng)而不是受混合過(guò)程的支配,能夠使得燃燒周期比傳統(tǒng)的柴油機(jī)短。而且它采用的燃油辛烷值允許在一個(gè)廣闊的范圍內(nèi)變動(dòng)??梢圆捎闷?、天然氣、二甲醚等辛烷值較高的燃油作為主要燃料,也可以采用多種燃料混合燃燒。還可以將對(duì)高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的調(diào)整,用作在HCCI燃燒中控制燃燒起點(diǎn)和負(fù)荷范圍的方法。但也有人試圖用柴油作為HCCI燃料,效果遠(yuǎn)不及汽油,為什么呢?因?yàn)槠陀休^高的揮發(fā)性,能夠在汽缸內(nèi)盡快與空氣混合形成均勻的油氣混合氣,而柴油沸點(diǎn)高,與空氣較難混合均勻。

  缺點(diǎn)

  那HCCI技術(shù)那么好,為什么還不馬上推廣大量是用呢?原來(lái)現(xiàn)在的HCCI技術(shù)還有一些技術(shù)難關(guān)。

  一 在燃燒時(shí)刻的控制上,HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)靠汽缸的壓力和溫度自燃,油氣混合氣的密度,氣缸的溫度和壓力都需要進(jìn)行精確的檢測(cè)和控制,所以發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU管理程序也要進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)。

  二 由于HCCI的同時(shí)壓燃和放熱,瞬時(shí)間汽缸和活塞會(huì)受到強(qiáng)大的壓力,有可能會(huì)產(chǎn)生爆震的現(xiàn)象,所以必須提高混合氣的空燃比(高于傳統(tǒng)的14.7:1),這就需要HCCI在稀燃狀態(tài)下工作,排氣的溫度也比較低,使得發(fā)動(dòng)機(jī)較難采用渦輪增壓。以上這些都使得HCCI可能達(dá)到的最大負(fù)荷比典型的火花點(diǎn)燃式和直噴式柴油機(jī)低得多。另外,低排氣溫度對(duì)催化轉(zhuǎn)化器來(lái)說(shuō)也是一個(gè)問(wèn)題,因?yàn)樾枰喈?dāng)高的溫度才能起動(dòng)氧化/還原反應(yīng)。

  三 也就由于剛才我們講到的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可能達(dá)到的最大負(fù)荷比典型的火花點(diǎn)燃式和直噴式柴油機(jī)低得多,所以,在大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速的時(shí)候或者冷機(jī)狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)還必須依靠傳統(tǒng)的火花塞點(diǎn)火系統(tǒng),這就間接要求了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可變,在傳統(tǒng)點(diǎn)火模式的時(shí)候變回低壓縮比。所以氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)及眾多的壓力傳感器也是必須的。

  所以就現(xiàn)在的限制而言,HCCI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)還不能實(shí)現(xiàn)完全的壓燃稀燃模式進(jìn)行,它只在中低轉(zhuǎn)速的時(shí)候介入工作,提高效率,降低油耗。

  實(shí)際運(yùn)用

  在實(shí)際運(yùn)用HCCI技術(shù)的研發(fā)上,奔馳和GM走在了前列,以奔馳的07年的F700概念車(chē)為例,其DiesOtto 1.8T直4 CGI直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在采用HCCI技術(shù)后,輸出功率達(dá)到238hp,最大扭矩達(dá)到400N.m,完全就是一臺(tái)3.5L V6的水平,難得的是它的油耗僅為6L/100km,二氧化碳排放僅127g/100km。采用HCCI技術(shù)的GM OPEL Vectra和Saturn Aura 2.2L L4汽油機(jī)的油耗也僅為4.3L/100km,比常規(guī)技術(shù)降低15%以上。相信隨著技術(shù)難關(guān)的不斷攻克,HCCI技術(shù)將會(huì)快速普及到大眾當(dāng)中,作為一種新的節(jié)能增效技術(shù),為地球的藍(lán)天作一份貢獻(xiàn)。


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