乙醇燃料分層技術(shù)突破HCCI引擎的高負(fù)荷限制

澳大利亞新南威爾士州大學(xué)和美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告稱乙醇燃料分層技術(shù)能顯著降低HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷限制。

在仿真實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用多空間模型結(jié)合氮氧化物排放量的因素來評(píng)估乙醇燃料分層技術(shù)降低HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)增壓率的效果。

HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和火花點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機(jī)類似。和柴油機(jī)一樣，節(jié)流損失和高壓縮比產(chǎn)生了極高的熱效率。燃油混合氣被預(yù)混合，形成均勻混合氣，在氣缸中稀釋。這些因素相結(jié)合，燃燒時(shí)除了有碳煙，產(chǎn)生的氮氧化物有害氣體非常少。

盡管HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)好處不少，但運(yùn)用到實(shí)際上還要攻克幾道難關(guān)。首先是在高負(fù)載時(shí)的高壓縮率使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震，這將會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。其次不同于火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)受限于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，也不同于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)受限于混合噴射速度，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)小油滴幾乎是同時(shí)在燃燒。燃料分層噴射技術(shù)或許能解決這個(gè)問題。

通過分層帶電壓縮點(diǎn)火可以實(shí)現(xiàn)燃料分層噴射，包括均質(zhì)壓燃點(diǎn)火和二階段點(diǎn)火隨時(shí)控制燃料濃度達(dá)到降低壓縮率的目的。

燃料被直接噴射進(jìn)燃燒室時(shí)，通過燃料分層噴射實(shí)現(xiàn)局部降溫。由于單級(jí)點(diǎn)火對(duì)溫度很敏感，如果燃油混合器溫度足夠高，則能實(shí)現(xiàn)壓縮率的下降。

碳煙的排放與氮氧化物之間有一種互相制衡的關(guān)系，降低當(dāng)氧化物排放，溫度降低，碳煙氧化不完全，排放量增加。

乙醇是目前為止最優(yōu)秀的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。而由于水的沸點(diǎn)很高，他們也考慮過水和乙醇的混合燃料。

他們建立了一個(gè)多空間模型并針對(duì)HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)的自然分層數(shù)據(jù)進(jìn)行了確認(rèn)，接著將范圍擴(kuò)展到了燃料分層模型，將燃料分層蒸發(fā)計(jì)算在仿真模型內(nèi)。這點(diǎn)導(dǎo)致氣缸內(nèi)燃油分層加劇。研究表明：

該模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)乙醇點(diǎn)火時(shí)機(jī)。還能預(yù)測(cè)熱分層的壓縮率。壓縮率高時(shí)不會(huì)導(dǎo)致分層，持續(xù)增加分層程度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。長時(shí)間的燃燒，加上不同數(shù)量的蒸發(fā)冷卻加劇了分層現(xiàn)象。而加劇后的分層現(xiàn)象又導(dǎo)致了燃燒的持續(xù)。

不同于二階段點(diǎn)火，稀薄乙醇混合點(diǎn)火排放很少量的氮氧化物。

燃料分層技術(shù)的缺陷在于當(dāng)局部溫度很高時(shí)產(chǎn)生大量氮氧化物，與此同時(shí)溫度太低時(shí)降低燃燒效率。

加入水以后的混合燃料可以減少氮氧化物排放，降低壓縮率。這將是更高水平的分層技術(shù)。