柴油发动机上实现汽油压燃的技术解析（一）

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汽油压燃（GCI）的来源

随着能源与环境问题的日益严峻，各国相继制定了更为严格的油耗和排放法规。但传统的柴油机属于喷雾扩散燃烧方式，不可避免的存在着局部高温区和局部过浓区，产生NOx-soot的trade off关系。为了使传统柴油机满足更为严格的排放法规要求，需要对柴油机增压系统（单级增压升级为两级增压）、喷油系统（喷油压力提升到2000 bar 以上）以及后处理系统（DOC + DPF + SCR）进行升级，必定会造成内燃机制造成本的增加，降低产品竞争力。

为了降低实现高效清洁燃烧的成本，内燃机学者创造性的提出了各种基于反应路径控制的新型燃烧模式，其中最具有代表性的是'均质压燃，低温燃烧' HCCI 模式，该燃烧模式能成功的避开NOx和soot生成半岛，实现极低的NOx和soot排放，同时保持较高的热效率。但HCCI燃烧模式仍存在着以下问题：首先是着火时刻和燃烧过程受到化学反应动力学控制，无法通过喷油或其它方式对其着火时刻和燃烧放热规律进行有效和精确的控制；其次是其运行工况范围较窄，在大负荷工况受到压力升高率的限制，而在小负荷受到燃烧效率的限制。因此，HCCI只能实现局部运行工况范围内的高效清洁燃烧，而且其控制难度大，难以在重型柴油机上实际应用。

从Φ-T图上可以看出，如果在着火前混合气充分混合，使局部当量比均降至2以下，避开soot生成区域；然后通过引入大比例EGR来降低缸内燃烧温度，使燃烧温度降至2200 K以下，就可以避开NOx生成区域。基于此种燃烧路径的控制，相比HCCI而言，可以降低对混合气均匀度的要求，在提高燃烧可控性的同时，实现高效清洁燃烧。

我们知道，相比柴油燃料，汽油燃料的辛烷值高，能够有效的延长滞燃期；此外，汽油燃料具有挥发性好的特点，有利于汽油的快速混合，降低汽油混合气在着火之前的当量比。在结合大比例EGR的同时，使汽油燃料具有实现极低NOx和soot排放的潜力。因此，在柴油机上燃用汽油燃料的新型燃烧方式——汽油压燃(GCI) 受到了企业界和学术界的广泛关注。

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汽油压燃（GCI）的实际应用

据报道，韩国现代公司联合德尔福公司和美国威斯康辛大学共同开发了汽油GCI样机，最终将投放市场。现代公司开发汽油GCI样机主要原因是汽油压燃方式较传统柴油燃烧更加清洁，而且不需要柴油机所使用的昂贵的高压共轨系统、DPF以及尿素喷射系统等。因此，汽油GCI发动机的成本将低于传统柴油机的制造成本。现代公司开发的GCI样机，将不会采用火花塞和电热塞等辅助着火措施，相比汽油点燃式发动机，汽油GCI样机的燃油经济性能够提高25%。同时，现代公司表示，将会采用高达40%的EGR率来降低NOx排放。为了保证汽油GCI的冷起动性能，在汽油GCI样机的进气系统中加装了进气加热装置。

虽然，这款发动机还未经过实际道路检测，但是现代公司的前期试验结果表明该发动机具有较好的应用前景。现代公司很自信的表示将在10年内将汽油GCI发动机投入到市场上进行销售。

汽油GCI因其具有实现高效清洁燃烧的潜力，受到了工业界和学术界的重视，但是大量研究表明，汽油压燃在小负荷、中等负荷和大负荷均存在着不同的问题，在产业化之前，还需要攻克很多技术难题。

本文转载自[内燃机学报好文推荐] | 祝宇轩,王 浒,张翔宇,等.汽油压燃小负荷燃烧过程优化策略研究[J].内燃机学报,2016,(05):415-422.