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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。
车辆发动机燃烧优化技术研究随着人们对环保和节能的重视，车辆发动机燃烧优化技术逐渐成为汽车工业的热门研究领域。
发动机燃烧优化技术的研究，旨在降低油耗和排放，提高发动机的性能和使用寿命。
一、发动机燃烧原理了解发动机燃烧原理对于研究发动机燃烧优化技术非常重要。
发动机的燃烧是通过燃油和空气的混合来完成的，混合后的燃料被点燃，从而产生气体热能，并推动车辆前进。
在燃烧过程中，燃料和空气的比例以及点火时机等因素会直接影响燃烧效率和排放。
二、发动机燃烧优化技术1. 直喷技术直喷技术是一种在汽车燃油系统中较新的技术，其将燃油直接喷入发动机的燃烧室中，从而降低油耗和减少污染物的排放。
与传统的多点喷射系统相比，直喷技术具有更高的喷射压力和更精准的油气控制，从而提高了燃烧效率和动力性能。
2. 涡轮增压技术涡轮增压技术是一种通过在发动机进气系统中增加压力，从而提高发动机输出功率和燃油经济性的技术。
涡轮增压器通过将排气气流转换成压缩空气，将其送入到发动机的燃烧室中。
这种技术可以提高发动机的效率和动力输出，同时减少燃料的消耗和污染物的排放。
3. 缸内直喷技术缸内直喷技术是一种比较先进的燃烧优化技术，其是在缸内喷射燃油，并结合滚动进气的原理来实现出色的燃烧效果。
与传统的多点喷射技术相比，缸内直喷技术可以减少燃油的喷射量和喷射次数，从而降低了油耗和污染物的排放，同时提高了动力性能和车辆的驾驶舒适度。
4. 智能化控制技术智能化控制技术是将计算机等高科技设备整合到车辆发动机控制系统中，通过实时监测和优化燃烧过程，从而提高发动机燃烧效率和稳定性。
智能化控制技术可以根据行驶环境、驾驶习惯和车辆状态等参数来优化发动机控制参数，从而实现更加优化的燃烧效果。
三、发动机燃烧优化技术前景随着环保和节能的要求越来越高，发动机燃烧优化技术将会得到越来越广泛的应用。
特别是在新能源汽车领域，燃烧优化技术更是不可或缺的一部分。
未来，随着技术的不断升级和成熟，发动机燃烧优化技术将进一步发展，为人们的出行提供更加舒适、节能和环保的选择。
国内车用汽油发动机技术现状及发展趋势
近年来，汽油发动机技术在国内取得了长足的发展，得到了广泛的应用，汽油发动机不仅为汽车提供了活力，而且经济实惠，成为汽车行业的主流了。
目前，国内的汽油发动机技术主要有四类：高效燃油喷射技术、缸体技术、燃烧技术和系统控制技术。
高效燃油喷射技术可以提高发动机的燃油利用率，缩短燃烧过程，有效提高发动机的动力输出；缸体技术目前的发展重点是降低发动机噪声、延长发动机的使用寿命；燃烧技术以及系统控制技术则能有效控制燃油消耗，减少烟气废气，实现环保性能。
随着科技的不断发展，汽油发动机技术也在不断进步，未来将朝着更高效、更低消耗、更环保的发展方向前进，相关技术包括发动机电子化控制技术、变步长项目喷射技术、电喷汽油发动机技术、组合系统技术等等。
未来的汽油发动机可以更高效的利用燃油，并且实现低消耗、低排放，为绿色发展做出贡献。
汽油机技术发展趋势
汽油机技术的发展趋势可以归纳为以下几点：
1. 高效化：汽油机的燃烧效率一直是技术改进的重点，以减少燃料消耗和废气排放。
未来的发展方向是进一步优化燃烧室和喷射系统，提高能量转化效率，减少能量损失。
2. 节能减排：随着环保意识的增强，汽油机技术也将重点关注减少尾气排放。
发展方向包括提高汽车动力系统整体能量利用率、优化排放控制系统等。
3. 电动化：电动汽车的兴起将对传统汽油机技术造成一定冲击，因此汽油机技术发展趋势中不可忽视的一点是电动化。
汽油机在混合动力系统中的应用和燃料电池技术的发展都是重要方向。
4. 智能化：随着智能交通技术的发展，汽油机技术也将趋向智能化。
例如，通过车载传感器和数据分析，汽油机可以实现自动调整，提高燃油利用率和性能。
5. 微型化和轻量化：随着城市化进程的加快，对小型、轻量化汽车的需求将增加。
因此，汽油机技术也将朝着微型化和轻量化的方向发展，以适应市场需求。
汽油机控制技术发展现状及趋势分析内燃机的发明，带动了汽车的发展，给世人在“行”上带来极大的便利，使得窨距离缩小，人们的工作速度得以提高。
近年来随着电子技术的发展，又使汽车发动机如虎添翼，成为高新技术的集成。
一、世界汽油机技术发展现状为了适应汽车对节油、环保、安全的需要，车用汽油机主要朝着更节油、更环保的方向发展，因此欧洲己执行欧Ⅳ标准。
以下为国外在汽油机方面主要先进技术。
1．多气门技术：每缸3-5个气门（大多为4气门），可提高功率，改善燃烧质量，如捷达王5气门、丰田8A4气门等。
2．双顶置凸轮轴（D.HC）可提高转速、提升可靠性。
3．可变气门正时（VVT）：根据不同转速调节气门时，可节省燃油，改善排放，如本田VTEC、丰田VVT-i等。
4．汽油机增压：可提高升功率，在排量不变的情况下，可提高功率，如帕萨特1.8T 轿车。
5．可变进气道长度（VIM）：在不同转速下使用不同进气道长度，保证在任何工况下都有较好的充气效率，如奥迪A6。
6．停缸技术：在输出功率减小时，使一部分气缸停止工作，可节省燃油，如通用开拓者EXT 2005款有8个气缸，需要时可使4个气缸一停止工作。
7．全铝发动机：使用铝缸体、缸盖、活塞等，可减小质量，节省燃油，如日本铃木1.3L、1.4L汽油机。
8．智能驱动气门（SVA）：取代传统凸轮轴，每一个气门挺杆上有一个独立的驱动器，可以减少20%油耗及污染物，如：法国法雷奥公司已设计出样机，2009年可大批量投产。
9．可变压缩比汽油机：将传输功率与压缩比控制功能进行整合，压缩比可变。
2005年法国MCE-5公司己开发出样机。
10．汽油机直喷（GDI）和稀薄燃烧技术：将高压汽油直接喷射到气缸内，周围为稀薄混合气，实现分层燃烧，可提高燃料经济性，节油约20%，如丰田皇．冠3.0L V6汽油机（国产皇冠无GDI技术）。
11．可控燃烧速率系统（CBR）：两个进气道，有一个是切向进气的，另一个是中性的。
烷基化技术进展及其在汽油升级中的关键作用烷基化是一种常见的化学反应，通过引入烷基基团（即一个或多个碳氢链）到分子中的某个位置，可以改变分子的性质和用途。
烷基化技术在化学工业中具有广泛的应用，尤其在汽油升级中发挥了关键作用。
1. 提高辛烷值：汽油辛烷值是衡量汽油抗爆震性能的重要指标之一，其数值越高，汽油的抗爆震性能越好。
烷基化技术可以引入含有较多碳原子的烷基基团，从而增加汽油的辛烷值，提高汽油的抗爆震性能。
2. 改善燃烧性能：烷基化技术可以引入具有较长碳链的烷基基团，这些基团在燃烧过程中可以提供更多的热值，从而增加汽油的燃烧热值，提高燃烧效率，减少尾气排放。
3. 降低含硫量：烷基化技术可以用于去除汽油中的有机硫化物，如硫醇、硫醚等，降低汽油的含硫量。
含硫量较低的汽油具有更好的环境友好性和燃烧性能，可以减少尾气中有害气体的排放，对环境污染的影响更小。
4. 提高燃料经济性：烷基化技术可以通过增加汽油的辛烷值和燃烧热值，提高汽油的燃料经济性。
燃料经济性是衡量燃料利用效率的指标，燃料经济性越高，单位能量的燃料消耗越少，从而减少能源的浪费。
目前，烷基化技术在汽油升级领域取得了很多进展。
一种常见的烷基化技术是烷基化催化剂的研发和优化。
烷基化催化剂是用于催化烷基化反应的固体材料，可以选择性地引入烷基基团到分子中的特定位置。
近年来，科学家们不断研究和改进烷基化催化剂的活性、选择性和稳定性，以提高烷基化反应的效率和产率。
随着石油资源的日益枯竭和环境意识的抬头，绿色烷基化技术也得到了广泛关注。
绿色烷基化技术主要包括采用可再生资源作为原料、开发环境友好的催化剂以及采用低能耗、低污染的反应条件等。
这些绿色技术在不仅可以提高汽油性能，还可以减少对化石能源的依赖，降低环境污染，具有重要的意义和潜力。
烷基化技术在汽油升级中发挥了关键作用。
随着烷基化技术的不断进步和优化，相信可以在今后的汽油升级中发挥更大的作用，提高汽车的性能和燃油经济性，降低环境污染。
汽油机最新燃烧技术进展概要：本文对近年来在汽油机的燃烧技术进展作了介绍，并对新的燃烧技术对降低油耗和减少燃烧排放物方面所取得的技术进展作了评论，在整个他们的速度/负载范围内的最优燃烧，发动机应工作在三个燃烧模式：分层点燃式(SCSI)、均质点燃式(HCSI)、均质压燃式（HCCI），实现最大限度的降低燃油消耗和发动机排放的关键技术是喷雾引导的直喷系统、灵活可变的气门驱动、基于发动机控制的缸内压力。
关键词：汽油机；火花塞点火；GDI;DISI;HCCI;HCSI;直接喷射；均质燃烧；分层燃烧术语：AFR：空燃比 BMEP：平均有效压力 BFSC：刹车油耗 BTDC：上止点前CI：压燃式点火 COV:变异系数 CR：压缩比 DI：直接喷射 DISI:直接喷射火花塞点火 EGR:废气再循环 EVC：排气门关闭 FE：燃油经济型 HC：烃类 HCCI:均质混合燃烧HCSI:均质点燃式燃烧 HT：传热 IMEP：平均指示有效压力NVO：负阀重叠 VVT：可变气门正时1引言人类的汽车革命极为迅猛, 也极大地改变了我们的生存环境。
从早期的化油器发动机开始,人类在汽车引擎技术上不断创新,在提升燃料效率和降低能耗与污染物排放方面不间断的努力。
从化油器到单点电子喷射、多点电子喷射再到多点顺序喷射,发动机不断进化,而缸内直喷技术无疑是人类在汽车发动机方面的最新成就。
先来看一下缸内直喷的概念:缸内直喷技术(Direct Injection)是指将燃油直接喷入汽缸燃烧室内的发动机技术, 而之前的汽油发动机都是将燃油喷注于进气歧管内。
缸内直喷技术还被称为FSI(Fuel Stratified Injection)技术。
百年间,这样的技术进步也带给人类自身更多的好处。
缸内直喷技术借助电脑系统直接控制燃油的喷射时间、喷射压力和喷射量,相比过去的技术,新技术不需要受限制于传统机械构造方式, 而且能够依照发动机的需要随时调整空气与燃料的混合比例,不但促进燃料燃烧效率提升15%以上,也大大减少了废气中的污染物水平,对发动机功率的提升效果也非常明显。
1．1缸内直喷技术的六大优势：由于燃油被精确的喷射于汽缸燃烧室内, 也直接带来了六大好处:一、节省燃油。
现代发动机技术的趋势之一就是节约燃料, 而缸内直喷技术可以大大提升燃油与空气混合的雾化程度与混合的效率, 带来燃油的节约。
采用缸内直喷技术的车型油耗水平可下降3%以上。
二、减少废气排放。
人类对生存环境的重视也造就了环保发动机的不断诞生。
缸内直喷发动机的高压燃油泵能提供高达120巴的压力,确保燃料充分燃烧,最大程度的减少废气中的有害杂物。
三、提升动力性能。
由于燃料的混合更充分,燃烧更彻底,也带来了燃料转化为动能的效率提升,直接推动了发动机动力性能的增加,同排量下,最大功率可提高15%。
四、减少发动机震动。
由于缸内直喷技术允许更高的压缩比,缸内爆震情况的大大减少,对降低发动机低速情况下的震动也有明显的效果。
五、喷油的准确度提升。
缸内直喷技术的关键就是电脑系统的精确控制。
由于电脑系统会感知发动机缸内的实际工作情况,并会在瞬间完成对喷油量、喷油时间和压力的微调,保障发动机始终处于精确的喷油状态。
六、发动机更耐用。
新技术不但提升效率,减少排放,更对发动机寿命的延长起到积极的作用。
燃油被直接喷射于气缸内并迅速转化为能量,大大降低了传统发动机燃油依附于进气歧管而带来的损害。
1.2GDI发动机燃烧系统：燃烧系统的设计是GDI发动机的关键技术。
要成功实现中小负荷时的分层稀燃和大负荷时的均质预混,就需要进行燃油喷束、气流运动和燃烧室形状的优化合理配合。
已经开发的GDI发动机燃烧系统,按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织形式有3种以下类型。
1、喷束引导法燃油喷嘴靠近火花塞布置,火花塞位于燃油喷束的边缘,这种方式的优点是保证当整个燃烧室内为稀薄混合气时,火花塞周围仍能形成可供点火的混合气浓度。
Ford、Honda公司生产的某些机型采用这种燃烧系统。
2、壁面引导法燃油喷嘴远离火花塞布置,利用特殊形状的活塞表面配合气流运动,将燃油蒸气导向火花塞并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气,如三菱、丰田、Nissan 等公司开发的机型。
3、气流引导法同样是燃油喷嘴远离火花塞,利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。
FEV、AVL公司开发的方案采取这样的燃烧系统。
上述几种燃烧系统方案的划分是十分粗略的,实际情况是上述几种方案交叉存在,各种因素并存并相互影响。
根据AVL的Ricardo公司的研究,火花塞布置在靠近中心的位置可以减少火焰传播距离,在怠速和中小负荷时对分层便于控制,但发动机对喷油器和火花塞之间的位置误差、喷雾变形敏感,火花塞容易被燃油沾湿而形成污垢导致点火困难。
另外,火花塞和喷油器都布置在中间有时会影响进气门的尺寸。
远距离布置的方式可避免沾湿火花塞,但燃油碰壁较多,并且需要精确设计特殊形状的燃烧室,对缸内混合气运动的组织要求更为严格一些。
1.3缸内空气运动的组织：气缸内的空气运动对喷雾和燃烧的影响很大。
GDI发动机缸内空气的运动有涡流、滚流和挤流。
涡流的旋转轴线平行于气缸中心线,滚流的旋转轴线垂直于气缸中心线,挤流形成于压缩冲程活塞接近上止点时与缸盖间隙处的径向气体运动,它有助于加强压缩终点时的湍流强度。
目前大部分GDI发动机应用涡流作为缸内空气运动的主要形式,其特点是持续时间长,在缸内的径向发散少,对保持混合气的相对集中和分层有利,可以充分利用它来维持压缩冲程中的混合气层。
由于涡流的旋转动量与发动机的转速成正比,而油束的动量是独立的,不受发动机转速的影响,因此,利用涡流来促进油气混合有一个操作范围限制。
此外,涡流比过高还会由于离心力的作用使油滴甩向缸壁,造成湿壁现象的增加。
近年来, 日本三菱汽车公司对滚流在GDI发动机中的应用做了大量的试验研究,结果显示,在压缩行程的后期,滚流能够有效地增加靠近缸壁处的气体流动速度,从而可以促进粘附在缸壁上的油滴快速蒸发,也可利用滚流和活塞顶部的凹坑相配合将分层混合气导向火花塞,控制油束碰撞和火焰传播,从排气侧到进气侧的挤流还能提高燃烧速度。
2关于GDI发动机燃烧方式的改进气口燃料喷射( Port Fuel Injection , PFI) 火花点火(Spark Ignition ,SI) 汽油机,利用排气管中氧传感器的反馈控制使汽油机的运行工况始终维持在过量空气系数aΦ=1.0,并应用三效催化器 (Three-Way Catalyst ,TWC) 使排气中的有害成分NOx,HC,CO 得到清除,这一方案在燃烧和排放后处理上具有很优点,较方便地解决了排放问题。
因此成为当前绝大多数轿车发动机的标准设计。
但这一方案还存在很多缺点,主要是:1) 发动机依靠节气门实现部分负荷调节,存在泵气损失,增大部分负荷运转时的燃油消耗率；2) 低速高负荷时敲缸倾向严重,使得压缩比提不高；3) 在当量混合比(aΦ=1.0) 下运转,燃烧后工质中三原子气体H2O,CO2相对增加,使比热容比k值减小,影响热效率；4) 由于采用aΦ=1.0 ,燃烧温度升高, NOx排放增加,此外进入燃烧室间隙中的混合气浓度高,使HC排放增加。
对PFI汽油机来说,由于配备了TWC,上述第4点涉及的排放问题容易解决,其缺点主要在燃料经济性方面,即前三点。
当前的改进工作集中在缸内直喷(GDI)方面,主要是:1) SCSI方式,即在中低负荷应用稀燃混合气分层燃烧(Stratified Combustion) ,在高负荷时仍用浓混合气；2) HCCI-SI 方式,即在中低负荷应用稀混合气均质压燃方式和在高负荷时仍用浓混合气火花点火方式。
这两种方式均可消除泵气损失,但带来了排气后处理的困难, 经济性改善的幅度取决于SC和HCCI方式在负荷/转速图上的覆盖面积。
覆盖面积小了可能得不偿失。
2.1分层点燃式SCSI日本三菱汽车公司于1994 年首先宣布成功研制出采用SCSI燃烧方式的缸内直喷式轿车用汽油机,接着日本的丰田、尼桑以及其他国家的汽车公司均研制成功。
这类发动机的最大优点是稀燃、泵气损失及传热损失小。
此外,向气缸直接喷射汽油,使汽油蒸发吸热,改善充气效率,并有利于采用较高的压缩比。
在中低负荷时,发动机使用的混合气已很稀,为了保证火花点火成功,必须使混合气分层,使部分混合气较浓,其余的混合气更稀,并且还要保证把这部分较浓混合气在火花塞点火时刻送到火花塞间隙处,保证不出现失火循环,这是决定SCSI燃烧系统成败的关键所在。
根据输送较浓混合气机理的不同,一般把SCSI燃烧系统分成3 类,即空气引导式、壁面引导式及油束引导式。
前述的日本三菱GDI发动机即应用壁面引导式 ,在压缩后期,气缸内压力升高,使喷出的油束紧密,且射程较短,进气行程在气缸内生成的逆向滚流( Inverse Tumble) 在压缩行程仍然存在。
此外,活塞顶部特殊形状的凹坑把较浓的混合气引导到火花塞间隙气缸中心处着火燃烧。
空气引导式的机理与壁面引导式大致相同,仅是突出气流(进气涡流) 的作用而已。
这两个方案的共同特点是火花塞与喷油器之间的空间距离较远,不能保证稳定可靠地点火。
此外,还有其他方面的缺点。
油束引导是第二代SCSI 燃烧系统的标准方案,其特点是喷油器和火花塞尽量靠近,使油束和点火形成紧密的耦合关系以保证在混合气分层时点火稳定可靠。
2．2直喷式火花塞发动机（DISI）现行比较流行的两种DISI变体—“均质式”DISI通过计量式混合实现，还有混合模式的DISI，处于低转速或低负荷工况下混合物是以低当量比分层的，当高的负荷和转速时发动机会处在均质工作模式。
混合模式的DISI有达到最高燃油经济性的潜在性，因此我们将我们的讨论限定在混合模式的DISI发动机上。
通过稀薄燃烧，泵气损失和热传递损失减少，循环效率因为改善了的热力转换条件提升。
而且，通过DISI发动机，发动机的压缩比可以得到一定比例的提升，因为额外的降温冷却效果通过向缸内直接喷射燃料来实现。
压缩比的增加将会进一步提升循环效率。
例如图1所示的DISI发动机的工作模式。
正如像先前介绍的一样，这个混合模式的DISI发动机以分层模式启动，在低负荷/转速时为稀薄混合物，在大负荷/转速时达到均质模式。
均质负荷工况一直可以持续到中等负荷附近，那时混合物已很稀薄，或者远远大于理论空然比；而在更高的负荷区域混合物浓度达到理论空然比甚至浓度更高。
在一些情况下中等负荷区域是可以消除的，在整个负荷和速度工况范围内发动机的运转要么处于稀薄分层模式要么就处于计量比的均值混合模式。
当处于最高负荷状态时EGR系统就更多的用来消除排气中的氮氧化物。
过于空气量和EGR稀释程度往往主要是由所需要的最大燃油经济型决定的，维持排放和燃烧稳定性在一个可接受的状态。
