均质压燃在内燃机燃烧技术中的应用进展与展望.doc

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均质压燃在燃机燃烧技术中的应用进展与展望
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摘要：均质压燃式(HCCI)燃烧方式是目前燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反响为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOx和破烟排放,并提高柴油机的循环热效率。本文阐述了“均质压燃、低温燃烧〞新一代燃机燃烧技术的背景、研究现状以及所取得的主要研究进展。
关键词：均质压燃；低温燃烧；燃烧理论；燃料改质
1 概述
燃烧技术是燃机的核心技术，回忆燃机过去 30 余年的开展历程可以清晰看到，满足日益严格的排放法规已成为燃机燃烧技术进步的主要推动力。以美国重型商用柴油机为例，EPA 2010 年法规微粒限值〔 g/hp·h〕和 NOx限值 ( g/hp·h) 都仅相当于 1978 年法规限值的1%( 微粒： g/hp·h；NOx：20 g/hp·h〕。在满足每一阶段越来越严格的排放法规中，燃机高效清洁燃烧技术发挥着关键作用，燃烧技术的进步总是超出人们的预期。Richards[1]和 Needham[1]分别于 1988 年和 1989 年先后在 SAE 发表论文认为要满足美国 1994 年排放法规必须采用微粒过滤器〔DPF〕。此后，人们认为后处理技术是满足 1998 年排放法规的重要手段。英国 Perkins公 司 Fred Brear 1996 年 报 告 指 出：DPF 在 2000年大规模使用该技术[2]。但是，事实上目前先进柴油机燃烧技术在满足欧 IV-V 法规〔相当于EPA 20042007 法规〕仍可以不采用 DPF 后处理器，这充分显示出燃烧技术在燃机节能和降低有害排放方面的巨大潜力。因此，燃机高效清洁燃烧技术的研究一直都是国际燃机界研究的热点和前沿课题。20 世纪 90 年代后期，尤其是 21 世纪以来，燃机除了面临满足越来越严格的有害排放法规的挑战，还面临着 CO2法规〔燃油经济性〕挑战，CO2法规逐步成为推动燃机燃烧技术进步的又一主要因素，燃机燃烧理论和燃烧新技术的研究进入了一个新的活泼时期。针对未来超低排放，甚至零排放的有害排放法规和 CO2法规，人们提出了不同的燃机新型燃烧方式，如均质压燃〔HCCI〕、预混合充量压燃〔PCCI〕、低温燃烧〔LTC〕、预混合分层压燃〔PSCCI〕等。综观这些燃烧方式，其核心就是改变以传统柴油机为代表扩散燃烧方式和以传统汽油机为代表的火花点燃的火焰传播燃烧方式，采用预混合、压燃、低火焰温度的燃烧方式，实现燃机高效清洁燃烧。国学者将这一新型燃烧方式统称为“均质压燃、低温燃烧〞新一代燃机燃烧方式。
2 新一代燃机燃烧技术——“均质压燃〞
“均质压燃、低温燃烧〞是一种新型的的燃机燃烧方式，这一概念是经历国外学者数十年对燃机的研究形成的。早在1979 年Onishi 等人为了提高二冲程汽油机热效率时，发现汽油机在局部工况下利用缸大量的剩余废气，不用点燃也可平稳运转，并称为活化热气氛燃烧过程。这一燃烧过程被广泛认为是