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对于分析ＨＣＣＩ燃烧情况、优化切换过程有重大的意义。
由于采用的单区模型，着火后模拟计算的压力升高率和最高峰值都偏高：在第１２个循环之后，试验结果的缸压曲线有所下降，那时因为缸压测量造成的。
表１切换过程相关控制参致变化ＳＩＨＣＣＩ一次喷油时刻／ｏｃＡＢＢＤＣ８０８０一次喷油量／ｍｇ１５．３１８．５二次喷油时刻／ｏＣＡＢＴＤＣ１１０（压缩期）（重叠期）二次喷油量／ｒａｇ５．１１．２进气门开启代ＡＢＴＤＣ５５．５６．４进气门关闭，ｏｃＡＡＢＤＣ４５．５３４．８排气门开启／ｏＣＡＢＢＤＣ２８３９８排气门关闭／。
ＣＡＡＴＤＣ７７．５＿６ｌ，４试验懂扭ⅢＩ＿舭山№ｌｕ【【删ｍ图４模拟ｓＩ／｝∞ＣｃＩ切换全过程与实验比较２．２试验设备试验发动机参数见表２。
基于ＰＣ机的电控喷油系统能够在一个循环内实现３段喷油。
点火控制采用ＤＥＬＰＨＩ公司ＰＣ．ＨＵＤ电控系统的点火模块。
供油系统采用高压共轨装置，供油压力为６ＭＰａ。
对两阶段喷射在不同转速下进行了标定，喷油脉宽与实际喷油量呈良好的线性关系。
气缸压力采用Ｋｉｓｔｌｅｒ６１２５Ｂ型传感器，输出电荷信号通过Ｋｉｓｔｌｅｒ５０１１型电荷放大器转换成电压信号．经过高速数据采集装置采集。
空燃比测量使用日本ＮＴＫ公司的ＡＢＭ．１０型空燃比仪，通过排气测得空燃比值，再利用高速数采装置采集。
发动机采用火花点火模式起动后至冷却水温高于７５０Ｃ时进行ＳＵＩ－ＩＣＣＩ模式间切换试验。
１２０表２试验发动机参数特征取缸４冲程ＧＤＩ发动机缸径９５ｍｍ冲程１１５ｍｍ几何压缩比１３二Ｊ‘花塞Ａ７ＲＣ喷油器高压旋流式喷油器喷油压力６ＭＰａ喷雾锥角６００燃料市场９０＃汽油试验采用自行设计错位双凸轮机构实现切换过程配气动作，如图５。
它能实现一个工作循环内的火花点火燃烧模式向压燃着火模式所需的配气策略的切换。
图５错位双凸轮配气系统排气后处理仍然使用常规汽油机三效催化剂。
由于ＨＣＣｌ燃烧模式下ＮＯｘ排放很低，只有ＨＣ和ＣＯ需要后处理。
缸内⾼压直喷天然⽓发动机燃烧过程数值研究天然⽓发动机具备有害排放物低及全寿命周期内碳排放低的优点[1-4]。
由于甲烷没有毒性，不会在⽔、⼟壤中沉积，天然⽓发动机作为陆⽤、内河、港⼝和近海动⼒可以有效降低对⼟壤、⼤⽓和⽔系的污染，因此，天然⽓发动机得到越来越⼴泛的应⽤。
（1）本项⽬处理对象为浊漳河南源的受污河⽔，设计处理规模为12万m3/d，受污河⽔原⽔质属于地表⽔环境质量劣V类⽔质，经本⼯程处理后达到地表⽔环境质量Ⅴ类⽔标准。
⾼压直喷天然⽓发动机采⽤微量柴油引燃直喷天然⽓喷束的扩散燃烧模式，⼏乎不存在末端混合⽓⾃燃导致的爆震问题，因此可采⽤与柴油机相当的压缩⽐，从⽽克服了传统⽕花点燃天然⽓发动机压缩⽐低、热效率低的缺点[5-8]。
另外，⾼压直喷天然⽓发动机在⼤多数运⾏⼯况下的替代率都可以达到95%以上，降低了对传统燃料的依赖和炭烟的⽣成量，因此被视为⽬前天然⽓发动机最先进的技术之⼀。
Wind-Solar Complementary Energy Supply Platform Based on Intelligent Beacon对⾼压直喷天然⽓发动机的研究始于20世纪80年代，由英属哥伦⽐亚⼤学的Hill教授提出[9]。
此后，以英属哥伦⽐亚⼤学和西港公司为⾸的研究机构对⾼压直喷天然⽓发动机的天然⽓喷射特性及喷射策略优化等⽅⾯进⾏了⼀系列试验研究[10-12]。
针对⾼压直喷天然⽓的模拟，英属哥伦⽐亚⼤学的Mtui[13]利⽤单步反应模型对柴油和天然⽓的燃烧过程进⾏表征，对不同喷射参数下发动机的放热规律和NOx排放进⾏了预测。
西港公司的Munshi等[14]采⽤详细化学反应机理对不同燃烧模式下的直喷天然⽓发动机的缸内⽕焰传播过程及影响因素进⾏了模拟和分析。
卡特彼勒的Lee等[15]对不同机理在对⾼压直喷天然⽓发动机燃烧过程预测的适⽤性上进⾏了⽐较，并选取了合适的机理进⾏发动机的燃烧模拟及喷孔设计。
均质混合气压燃技术（HCCI）【摘要】HCCI是一种以往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式。
这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。
【正文】内燃机最主要的燃烧方式有预混合燃烧和扩散燃烧两种然而在液体燃料与空气的上述两种燃烧混合燃烧过程中，在气缸内释放出大量的热量而产生高温高压，这种燃烧过程中高温高压的工质在推动活塞对外做功的同时，空气中的氮气和氧气在高温下反应下形成NO，而且诶燃料在高温下分解或不完全燃烧而形成碳烟，HC和CO等有害排放物。
这些排放物对环境的污染，已对地球寿命构成威胁而备受关注。
所以，面对石油能源危机，节能与超低排放已成为其面临的重要课题，在这样的背景下开发出新的内燃机燃烧技术，其中具有代表性的就是混合气的均质压燃方式HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气。
传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。
但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机相类似，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧。
装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过直喷油咀喷进汽缸，HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷出的小油滴在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所以提高了燃油的使用效率（传统的汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量）而且由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门。
内燃机HCCI技术的发展郑茂桃;吴玉明;何青海;邓信文;贺正达【摘要】机产业化的难题所在;阐述了目前国际上HCCI产业化研究主要集中在汽油机和柴油机HCCI燃烧控制方面,包括燃烧诊断、燃烧模式切换和瞬态工况过渡;缸内直喷多段喷射是HCCI燃烧在车用发动机上应用更有前途和更具可行性的方式.【期刊名称】《科技资讯》【年(卷),期】2010(000)032【总页数】2页(P88-89)【关键词】内燃机;均质压燃;进展【作者】郑茂桃;吴玉明;何青海;邓信文;贺正达【作者单位】吐哈油田公司机械厂,新疆哈密,839009;吐哈油田公司机械厂,新疆哈密,839009;吐哈油田公司机械厂,新疆哈密,839009;吐哈油田公司机械厂,新疆哈密,839009;吐哈油田公司机械厂,新疆哈密,839009【正文语种】中文【中图分类】TK421自从1876年产生第一台四冲程内燃机以来,内燃机工业经过一百多年的发展,传统的点燃式和压燃式内燃机在进一步提高燃料利用率和降低有害物排放方面已经达到了极限。
为此,要突破内燃机排放和经济性的限制,世界各发达国家开展了内燃机新型燃烧技术的研究。
直到20世纪70年代,首次提出了均质压燃(homogeneous charge compression 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。
1.1 HCCI燃烧方式预混合气均质压燃技术(HCCI)也称均质充量压缩燃烧。
它既不同于传统汽油机的火花点火、火焰传播燃烧方式,也不同于传统柴油机的燃油喷射、扩散燃烧方式(如图1)。
在HCCI燃烧过程中,空气与燃料预混合形成较稀薄的均匀混合气,在活塞压缩到上止点附近时,依靠混合气的自燃,实现缸内混合气的着火燃烧。
HCCI燃烧方式的出现,有效地解决了传统均质稀混燃烧不同步的缺点,是有别于传统的汽油机均质点燃预混合燃烧、柴油机非均质压燃扩散燃烧和缸内直喷汽油机分层稀薄燃烧的第4种燃烧方式。
194北京，2009年10月 A P C联合学术年会论文集内外E G R拓展理论空燃比S I C I负荷范围的试验研究阳冬波，王 志，徐 帆，王建昕（清华大学汽车工程系 汽车安全与节能国家重点实验室，北京，100084）摘 要：均质混合气压燃（H C C I）燃烧高负荷拓展是内燃机燃烧领域的一个难题，利用S I C I组合燃烧可以作为汽油机中高负荷区域的燃烧模式，实现H C C I与S I燃烧的衔接。
本文在试验台架上通过改变配气相位及外部E G R循环实现了内外E G R 组合策略下的S I C I组合燃烧，研究了E G R策略对S I C I组合燃烧的影响。
结果表明，内部E G R有利于压燃的发生，随着内部E G R的增加，压燃比例增加，燃烧速度加快，循环波动减小，C O和U H C排放减少，S I C I组合燃烧能够在更高的E G R率条件下稳定工作,理论空燃比S I C I组合燃烧的工况范围得到拓展。
关键词：H C C I，S I C I，E G R策略，负荷拓展中图分类号：T K401文献标识码：AExperimental Research on SICI Load Extension using Internal/ExternalEGR under Stoichimetric ConditionsYang Dongbo,Wang Zhi, Xu Fan, Wang Jianxin(State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084) Abstract：Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) has challenge of high load extension. Spark induced compression ignition (SICI) combustion mode can be used as the method to extend the high load of HCCI. This paper studied the effects of combined external and internal EGR strategy on SICI combustion. The results show that the CI ratio of SICI combustion and the combustion speed increase as the internal EGR is introduced. As the internal EGR increases, combustion variation and combustion efficiency increases, and the CO and UHC emissions decreases. Using the external EGR combined with internal EGR strategy, the stoichimetric SICI combustion can be stabilized in more fractions of EGR conditions, so the low load of SICI combustion is extended.Key words:HCCI, SICI, EGR Strategy, Load Extension引言汽油均质混合气压缩着火（HCCI：Homogeneous Charge Compression Ignition）燃烧，作为一种结合了传统汽油机和柴油机的优点的新型燃烧方式，相对于传统火花点火汽油机，具有大幅度降低油耗和NO x排放的潜力，但HCCI燃烧方式产业化面临着着火时刻和燃烧速率的控制和运行范围的拓展的问题[1]。
第25卷(2007)第3期内 燃 机 学 报Tran s acti on s of CS I CEVol .25(2007)No .3 文章编号:100020909(2007)0320229206252037 缸内直喷汽油机S I 2HCC I 2S I 燃烧模式切换的研究 收稿日期:2006208211;修回日期:2006212207。
基金项目:国家重点基础研究规划项目(2001CB209204)。
作者简介:田国弘,博士研究生,E 2mail:tgh02@mails .tsinghua .edu .cn 。
田国弘,王 志,葛强强,王建昕,帅石金(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)摘要:双燃烧模式是车用均质混合气压缩着火(HCC I )发动机理想的运行策略,即在中小负荷下使用HCC I 燃烧模式,而在大负荷和高转速下过渡到传统的火花点火(SI )燃烧或柴油机燃烧模式运行。
采用可变配气和缸内直喷技术,在一个发动机循环内改变配气策略和喷油策略,实现从SI 模式所要求的常规火花点火配气相位向HCC I 模式要求的负阀重叠配气相位的跳变,配合缸内直喷策略的调整,实现SI 模式和HCC I 模式间的切换。
通过分步切换的策略,可以提高切换过程的稳定性。
燃烧模式切换可在一个发动机工作循环内完成,切换过程平稳迅速可靠,无失火和爆震等异常燃烧现象的发生。
关键词:HCC I ;缸内直喷;模式切换中图分类号:TK401 文献标志码:AStudy of S I 2HCC I 2S IM ode Sw itch i n g i n a GD I Eng i n eT I AN Guo 2hong,W ANG Zh i ,GE Q i a ng 2q i a ng,W ANG J i a n 2x i n ,SHUA I Sh i 2ji n(State Key Laborat ory of Aut omotive Safety and Energy,Tsinghua University,Beijing 100084,China )Abstract :T wo 2mode operati on engine is considered as an ideal operation strategy for HCC I engine .In low and m iddle l oad,the engine operates on HCC Imode,while in high load and high s peed,the engine mode s witches into the SI mode for gas oline engine and /or C I mode for diesel engine .By stepped s witch,the stabilized s witching p rocess can be obtained .W ith t wo 2stage cam p r ofile,the cam shifting can be comp le 2ted within one engine cycle,that is,fr om nor mal cam p r ofile for SI mode t o Negative Valve Overlap (NVO )p rofile for HCC I mode,or backwards .Matching with the adjust ment of injection strategies,the SI/HCC I mode s witching was realized .Experi mental operati on showed that the combustion mode s witching could be comp leted within one cycle .S mooth,rap id and reliable s witching p r ocesses were realized without abnor mal combusti on such as knocking and m isfiring .Keywords :Homogeneous charge comp ressi on igniti on;Gas oline direct injecti on;Mode s witching引言 均质混合气压缩着火(HCC I )具有低燃油消耗率,超低排放,燃烧稳定等优点,同时也面临燃烧难以控制,负荷难于拓展的困难。
在起动过程和高负荷区域,HCC I 燃烧容易发生失火或者爆震,发动机不能正常运转。
而在高负荷区域,由于传统汽油机节流损失已经较小,三效催化剂使得排放能够被控制到很低的水平,HCC I 发动机在经济性和排放性方面较常规汽油机已经没有太大优势。
高转速下HCC I 燃烧方式由于受进气限制而不能拓展。
因此结合HCC I 燃烧模式和常规汽油机火花点火(SI )模式的复合燃烧发动机逐渐成为HCC I 燃烧方式实用化的研究热点。
受到压力升高率和爆震的限制,HCC I 发动机必须在稀释条件下工作。
目前普遍的方法是使用大量EGR 实现对混合气的稀释。
EGR 的使用不但能够回收排气能量,提高压缩终点的混合气温度使其达到或超过压缩自燃的温度界限[1],而且研究发现,通过负阀重叠的方法获取缸内EGR,配合缸内直喷技术在负阀重叠期喷入少量燃油,能够实现燃料改质,大幅度提高压缩终点HCC I 燃烧稳定性,而且改质的燃料能够对HCC I 着火始点和燃烧速率起到很好地控制作用,使HCC I燃烧的控制成为可能[2—3]。
在HCC I模式和SI燃烧模式的切换中,目前可能的控制手段包括改变压缩比和改变EGR率两种方法。
F I A T和LUND技术大学合作,在S AAB的可变压缩比样机上进行了模式切换的初步研究,发现压缩比的改变持续时间较长,中间过程无法控制,切换过程平顺性和迅速性受到很大影响[4],在发动机剧烈变化的工况下不能适用,而且可变压缩比技术本身也不完备,实用化前景不明。
而采用外部EGR的方法,也存在响应过慢,散热过大的缺点,因此目前所使用的方法都为改变配气相位而获得内部EGR。
AVL公司在CSI缸内直喷样机上通过排气门二次开启引起废气回吸形成内部EGR从而实现了HCC I燃烧[5—6],但是由于排气热量损失和换气损失较大,燃油消耗率改善有限。
从SI和HCC I模式的切换来看,切换过程HC排放有所上升,表明燃烧状况受到影响,转距输出也有一定的波动,空燃比配合在切换过程中并不完美。
同时,实现排气门二次开启的电液耦合装置价格昂贵,难于量产。
Lotus 和M I T等研究单位在电液耦合气门(AVT)系统或电磁气门(E MV)等各种F VVT系统中也成功地通过形成负阀重叠实现了SI和HCC I模式间的切换[7—8]。
由于采用进气道喷油,燃油混合气形成有一定滞后,造成切换过程稳定性受到一定影响。
M I T在切换过程的喷油策略上采取了通过增减油量的方法给予一定的补偿,具有较好的效果,Lotus也通过取消节气门,并将配气策略的切换分成多步逐渐完成,能够补偿混合气浓度变化的延迟,大幅度提高了切换过程的燃烧稳定性,但是最大的障碍仍然在于AVT或E MV系统价格极其昂贵,实用化前景困难。
基于以上背景,本文提出了分段切换的控制策略,避免了切换过程中节气门和配气机构的改变对进气影响的相互耦合,并设计了错位双凸轮机构,实现了在一个发动机循环内进排气配气相位同时大幅度改变,配合汽油缸内直喷技术,从而实现了SI/HCC I燃烧模式间顺利平稳切换。
1 HCC I/S I模式切换基本思路1.1 分步切换的燃烧控制基本思路 HCC I/SI之间切换的主要难点之一在于切换过程中难于精确控制燃油和空气的比例。
通常来讲,为了减小泵气损失,HCC I燃烧在节气门全开(WOT)状态下进行。
在SI燃烧模式下,即使采用分层混合气提高空燃比界限,在小负荷下也必须关闭节气门才能正常着火。
因此,在HCC I/SI模式切换过程中,必须考虑节气门的配合动作。
燃烧模式切换的另外一个难点是配气相位的切换。
为了获得较高的压缩终点温度,HCC I燃烧必须获得大量内部EGR。
达到该目的可以采取多种方法,目前运用较为普遍的是使用负阀重叠(Negative Valve O2 verlap,NVO)配气相位或进、排气门二次开启等。
但无论采用任何方法,配气相位都不同于SI燃烧所需要的普通配气相位。
模式切换时必须同时切换配气相位。
并且为了保证切换过程的平稳迅速,配气相位的切换过程也必须迅速可靠。
采用缸内直喷技术,可以在切换过程中对油量精确控制,但是由于气体运动本身具有一定的延迟性,加上节气门无法在一到两个工作循环内响应,模式切换过程难以对气流运动进行精确控制。
基于此,设计出分步切换的基本思路,即将节气门动作和配气相位动作分离开,以略牺牲短时间内燃油经济性和排放性能为代价换取平稳的切换过程,过程如图1所示。
图1 S I/HCC I分步切换思路F i g.1 S I/HCC I stepped sw itch stra tegy 根据该思路,由HCC I燃烧向SI燃烧切换时,首先关闭节气门至SI燃烧所需的部分节气门开度(Part Opened Thr ottle,P OT),然后配气相位由HCC I燃烧的NVO相位切换至正阀重叠(Positive Valve Ovevlap, P VO)。
同样由SI燃烧切换至HCC I燃烧时,首先切换配气相位至NVO相位,然后打开节气门至WOT。
采取这样的措施能够有效避免节气门和配气相位对气流影响的耦合,大幅度降低控制难度。
1.2 错位双凸轮配气系统设计的基本思路 实现模式切换的关键问题在于迅速可靠地实现配气相位的改变。
如图2所示,SI模式向HCC I模式切换时,凸轮升程曲线由正重叠、大升程向负重叠、小升程改变,以实现大量EGR的获取,保证在第一个HCC I 循环可靠着火。
而从HCC I向SI模式切换时,凸轮升程曲线从小升程变回大升程凸轮,以实现可靠的火花点燃。
通过设计错位双凸轮机构,可以实现该目的。
在火花点火燃烧模式下,使电磁阀的油路与机油泵连通,・32・内 燃 机 学 报 第25卷第3期 缸盖主油道中建立机油压力使可变升程液压顶柱锁定,此时点燃模式进气凸轮驱动进气门,点燃模式排气凸轮驱动排气门,即实现一个循环内切换至火花点火燃烧模式所需的配气相位;当需要配气相位切换时,使电磁阀的油路与油底壳连通,缸盖主油道中的机油压力被释放,可变升程液压挺柱解除锁定,此时压燃模式进气凸轮驱动进气门,压燃模式排气凸轮驱动排气门,即实现一个工作循环内的火花点火燃烧模式向压燃着火模式所需的配气相位的切换。
