傳統汽油機的熱效率較低，而傳統柴油機的碳煙和 NOx排放問題難以解決。均質混合氣引燃（HCCI）燃燒方式，採用進氣道噴射高辛烷值燃料，形成均質混合氣，缸內噴射高十六烷值燃料引燃，有可能實現高效清潔的燃燒。面對未來燃料多元化發展的趨勢，HCCI 燃燒模式在燃用不同特性燃料上具有優勢。儘管 HCCI 燃燒方式使用的燃料可能不同，但是 HCCI 燃燒方式的燃燒機理相似，也存在有待解決的共性問題。HCCI均具有燃燒持續期短，燃燒等容度高，熱效率高的特點。
基本介紹
- 中文名：均質混合氣引燃
- 領域：汽車
背景,簡要介紹,存在的問題和難點,研究成果,未來發展,
背景
根據內燃機燃料、混合氣形成方式和燃燒模式的不同，傳統內燃機分為汽油機和柴油機兩類。套用三效催化劑進行排氣後處理的汽油機具有排放水平低的優點，但是油耗比柴油機高 20~30%。汽油機熱效率低的原因主要是火花點火、火焰傳播的燃燒方式是汽油機熱效率低的根本原因。同時，這也說明，如果能突破傳統汽油機的燃燒模式，汽油機具有很大的節能潛力。
與汽油機相反，柴油機具有較高的熱效率，主要原因有以下幾點：柴油機壓縮比高；採用稀薄燃燒的方式；同時柴油多點自燃，初期放熱速度快，燃燒等容度高，循環波動率也比較小。但是柴油機的擴散燃燒模式導致其較高的 NOx和碳煙排放，且 NOx和碳煙排放之間存在此消彼長（trade-off）的關係，難以同時降低。
簡要介紹
均質混合氣引燃燃燒同時使用高辛烷值燃料（如汽油）和高十六烷值燃料（如柴油），高辛烷值燃料向進氣道噴射，在進氣和壓縮過程中形成均質混合氣，高十六烷值燃料缸內直接噴射引燃。該燃燒方式能夠獲得接近柴油機的熱效率，同時降低發動機排放。針對未來能源多源化的趨勢，該技術可以使用不同來源的燃料，適應不同燃料的特點。因此，均質混合氣引燃燃燒一直是研究的熱點。在某些研究工作中，均質混合氣引燃燃燒也被稱為雙燃料燃燒。
汽油和柴油仍然是目前使用量最大、套用範圍最廣的燃料。因此，提高汽油和柴油的能量利用率具有巨大的節能減排社會效益。從 20 世紀末開始，有關汽油均質混合氣柴油引燃的研究報導陸續出現，其基本結構如圖1所示。
圖1均質混合氣引燃
圖1均質混合氣引燃1-柴油油箱；2-柴油油耗儀；3-柴油噴射器；4-汽油油箱；5汽油油耗儀；6-汽油噴油器；7-流量計；8-進氣穩壓罐；9-煙度計；10-排氣分析儀；11-排氣穩壓罐12-背壓閥；13-廢氣中冷器；14-EGR閥；15-缸壓感測器；16電荷放大器；17-角標；18-燃燒分析儀；19-測功機
除了汽油均質混合氣柴油引燃外，還有許多燃料可以用於均質混合氣引燃燃燒，例如天然氣、醇類、氫氣，液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas，LPG），生物制氣等。雖然天然氣等其他燃料均質混合氣引燃燃燒過去也有研究報導，但是由於該燃燒方式仍然存在有待解決的問題，2000 年後相關的研究仍然很活躍。
存在的問題和難點
儘管國內外針對均質混合氣引燃燃燒方式進行了許多研究，但是該燃燒方式仍然存在一些有待解決的共性問題。另外，由於均質混合氣引燃燃燒過程複雜，該燃燒方式的燃燒機理還不完全清楚，有待深入的研究。
（1）均質混合氣引燃燃燒存在大負荷時燃燒放熱速率過快，壓力升高率過高，工作粗暴的問題。
（2）均質混合氣引燃燃燒小負荷存在 THC 排放較高，熱效率相比傳統柴油燃燒有所下降的問題。
（3）均質混合氣引燃的燃燒機理還不夠清楚，有待進一步研究。
（4）均質混合氣引燃燃燒過程十分複雜，相關的數值模擬研究開展較晚，還有待於進一步的理論研究。
研究成果
（1）從均質混合氣引燃燃燒研究進展中可以看出，均質混合氣引燃燃燒可以大幅度降低原柴油機的碳煙排放。由於高辛烷值燃料進氣道噴射，著火前已經形成均質混合氣，均質混合氣引燃燃燒方式的預混合燃燒比例增加，使碳煙排放降低。
（2）在相同的發動機工況參數條件下，均質混合氣引燃燃燒的 NOx排放相比原柴油機未明顯降低，甚至略有升高。但是由於均質混合氣引燃燃燒的碳煙較低，可以通過推遲柴油噴油時刻和套用 EGR 等手段來降低 NOx排放，從而同時獲得較低的 NOx和碳煙排放。
（3）均質混合氣引燃燃燒方式同時使用著火特性差別極大的兩種燃料，可以通過控制兩種燃料的空間濃度和可燃性分層等來控制燃燒過程。
未來發展
通過採用內燃機性能試驗與可視化試驗相結合的方法，進行HCII燃燒特性的初步研究的結果表明，利用柴油引燃可以較好地控制HCCI燃燒的著火始點，在一定範圍內HCII燃燒的熱效率顯著高於汽油機，達到甚至超過柴油機的水平，HCCI燃燒提高了燃燒過程中預混合燃燒所占的比重，其碳煙排放較柴油機大幅度下降，汽柴油質量比達到0.5以後排氣煙度基本為0，基本實現無煙燃燒。隨著汽柴油質量比的增加，著火點出現的區域由燃燒室的中心向缸壁拓展，呈現中心與周邊同時著火的特徵，火焰亮度先減小後增加，滯燃期逐漸增長，燃燒速率提高。
HCCI燃燒尚存在HC排放高和大負荷下工作粗暴等問題有待解決。
