乙醇燃料分层技术突破HCCI发动机的高负荷限制

　　据澳大利亚新南威尔士州大学和美国圣地亚国家实验室报告称，乙醇燃料分层技术能显著地降低HCCI发动机的压缩率，提升发动机的高负荷限制。

　　在仿真实验中，实验团队运用多空间模型结合氮氧化物排放量的因素来评估乙醇燃料分层技术降低HCCI发动机增压率的效果。

　　HCCI发动机的工作原理和火花点火柴油发动机类似。和柴油机一样，节流损失和高压缩比产生了极高的热效率。燃油混合气被预混合，形成均匀混合气，在气缸中稀释。这些因素相结合，燃烧时除了有碳烟，产生的氮氧化物有害气体非常少。

　　尽管HCCI发动机好处不少，但运用到实际上还要攻克几道难关。首先是在高负载时的高压缩率使发动机产生爆震，这将会损坏发动机机体。其次不同于火花点火发动机受限于火焰传播速度，也不同于柴油发动机受限于混合喷射速度，HCCI发动机气缸内小油滴几乎是同时在燃烧。燃料分层喷射技术或许能解决这个问题。

　　通过分层带电压缩点火可以实现燃料分层喷射，包括均质压燃点火和二阶段点火随时控制燃料浓度达到降低压缩率的目的。

　　燃料被直接喷射进燃烧室时，通过燃料分层喷射实现局部降温。由于单级点火对温度很敏感，如果燃油混合器温度足够高，则能实现压缩率的下降。

　　碳烟的排放与氮氧化物之间有一种互相制衡的关系，降低当氧化物排放，温度降低，碳烟氧化不完全，排放量增加。

　　乙醇是目前为止最优秀的HCCI发动机燃料。而由于水的沸点很高，他们也考虑过水和乙醇的混合燃料。

　　他们建立了一个多空间模型并针对HCCI发动机的自然分层数据进行了确认，接着将范围扩展到了燃料分层模型，将燃料分层蒸发计算在仿真模型内。这点导致气缸内燃油分层加剧。研究表明：

　　·该模型能够准确地预测乙醇的点火时机；还能预测热分层的压缩率。压缩率高时不会导致分层，持续增加分层程度导致发动机熄火。

　　·长时间的燃烧，加上不同数量的蒸发冷却加剧了分层现象。而加剧后的分层现象又导致了燃烧的持续。

　　·不同于二阶段点火，稀薄乙醇混合点火排放很少量的氮氧化物。

　　燃料分层技术的缺陷在于当局部温度很高时产生大量氮氧化物，与此同时温度太低时降低燃烧效率。加入水以后的混合燃料可以减少氮氧化物的排放，降低压缩率。这将是更高水平的分层技术。