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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 另一
种是基于缸直喷的技术方案。这两种方案本质差异在于混合气的制备方式不同。 前一种方案与目前广 泛采用的气道喷射电控汽油机有较好的继承性，构造变化小，但在混合气浓度分层控制上受到较大的
制约。缸直喷方案在混合气浓度分层控制上有较大的灵活性， 通过缸屡次喷油技术实现混合浓度分层， 但控制的难度增大。这两种方案的燃烧理论根底和面临的科学问题根本是一致的，即在中小负荷工况
下需要通过缸的剩余废气提高混合气的能量〔进气加热与部EGR,使汽油混合气可以压燃，或采用
火花点火与压燃并存的复合燃烧方式；在向大负荷扩展过程中，可以采用外部废气来抑制燃烧反响， 即采用部剩余废气与外部废气的复合废气再循环技术。因此，气门升程与气门相位的连续可变技术是 拓展汽油机均质压燃的重要技术途径之一。
在早期的研究中，混合气加热是提高混合能量的重要途径之一。美国福特公司提出OKP
〔Optimized Kinetic Process〕燃烧系统，该系统在缸直喷汽油机上采用冷却液和排气加热进气空气与
气门定时改变〔 VVT〕 压缩比和剩余废气相结合的方法，实现汽油机HCCI 燃烧。 通过该方法，HCCI 工
况围得到了拓宽， MPa,燃料利用率比原机提高了 10%〜30%, NOx排放比 原机降低了 98%〜99%［3］。
近年来， 汽油机 HCCI 燃烧技术中主要通过剩余废气控制方式提高混合气能量，实现混合气均质
压燃。 XX 大学华教授的课题组研究开发了“进排气门联动控制〞的均质压燃汽油机技术，该方案在
气道喷射汽油机上，采用进排气门全可变〔气门升程与相位〕技术，控制缸剩余废气率与废气分层，
实现均质压燃。2006年开发了原理性样机，样机 HCCI的运行转速可以到达4 500 r/min ,最大平均
指示压力〔IMEP〕可以到达5 200 kPa,可以覆盖轿车主要的常用工况［4］。此后，课题组提出了基于
废气驱动的高效低温燃烧汽油机〔ExDrivd技术。具方案仍是采用进排气门全可变机构，并结合外部
EGR和涡轮增压技术进一步扩展 HCCI的运行工况围。废气驱动的燃烧和负荷控制方案根本思路是：
缸剩余废气同时起到了加热剂、稀释剂和容积填充剂3 方面的作用，既提供了混合气燃烧所需要的
能量， 也控制了发动机负荷和燃烧速度。但是当发动机负荷增大以后，部剩余废气的热量增加会造成
缸出现燃烧速度过快而产生爆震等不正常的燃烧现象。为此， 通过引入冷却的外部废气再循环技术路
线， 由外部废气逐渐代替部废气来填充缸容积，拓宽均质压燃燃烧运行围，这样既可以提高发动机的
负荷运转围，又可以利用废气的稀释作用，降低汽油发动机的NOx排放。在发动机全负荷工况采用
基于废气控制的汽油机复合燃烧技术，即以部废气再循环策略实现可控自燃燃烧为核心，辅以气门参
数控制的火花点燃燃烧技术的复合燃烧技术，同时以外部废气再循环作为调整缸废气状态的控制手
段，实现了汽油机低温高效燃烧。在燃烧控制策略中，采用爆震闭环燃烧控制技术。通过剩余废气的
分层，在小负荷和热机怠速工况实现汽油机可控自燃燃烧。例如， 转速为1 500 r/min,平均指示压力
MPa工况，可控自燃燃烧的节油率到达 %;在转速为2 000 r/min,
MPa工况，%, NOx减少99%, NEDC驾驶循环的仿真节油效果为 %。排放指 标除
HC之外，NOx和CO均小于欧IV限值咒
AVL 公司应用汽油机缸屡次喷射技术，提出了“压缩和火花点燃〔〞pressionandSparkIgnition，
CSD汽油机均质压燃燃烧系统，该系统是通过可变气门开程〔VVL〕和可变气门定时〔VVT〕控制剩
余废气，采用缸灵活的燃油喷射控制，实现汽油屡次喷油，在燃烧过程控制方面，实现各缸实时控制
策略。除了常用变量外，如质量流量、空燃比、进气温度、冷却水温度等，工况控制还采集实时燃烧
信息， 开展了能够准确预测混合气成分等参数对燃烧影响的燃烧模型，实现混合气成分和温度瞬态闭
环控制 [6]。日本本田公司在解决汽油机HCCI 工况围向小负荷工况扩展问题方面也提出了一个新的技
术途径。该系统的要点是：可变气门定时〔VVT〕 、缸直喷和发动机增压，通过在负气门重叠角期间
喷油，发动机怠速750 r/min 时， MPa（ 压缩比 1