乙醇燃料分層技術(shù)突破HCCI引擎的高負荷限制

澳大利亞新南威爾士州大學(xué)和美國圣地亞國家實(shí)驗室報告稱(chēng)乙醇燃料分層技術(shù)能顯著(zhù)降低HCCI發(fā)動(dòng)機的壓縮率，提升發(fā)動(dòng)機的高負荷限制。

在仿真實(shí)驗中，實(shí)驗團隊運用多空間模型結合氮氧化物排放量的因素來(lái)評估乙醇燃料分層技術(shù)降低HCCI發(fā)動(dòng)機增壓率的效果。

HCCI發(fā)動(dòng)機的工作原理和火花點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機類(lèi)似。和柴油機一樣，節流損失和高壓縮比產(chǎn)生了極高的熱效率。燃油混合氣被預混合，形成均勻混合氣，在氣缸中稀釋。這些因素相結合，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)機好處不少，但運用到實(shí)際上還要攻克幾道難關(guān)。首先是在高負載時(shí)的高壓縮率使發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生爆震，這將會(huì )損壞發(fā)動(dòng)機機體。其次不同于火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機受限于火焰傳播速度，也不同于柴油發(fā)動(dòng)機受限于混合噴射速度，HCCI發(fā)動(dòng)機氣缸內小油滴幾乎是同時(shí)在燃燒。燃料分層噴射技術(shù)或許能解決這個(gè)問(wèn)題。

通過(guò)分層帶電壓縮點(diǎn)火可以實(shí)現燃料分層噴射，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(guò)燃料分層噴射實(shí)現局部降溫。由于單級點(diǎn)火對溫度很敏感，如果燃油混合器溫度足夠高，則能實(shí)現壓縮率的下降。

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)機燃料。而由于水的沸點(diǎn)很高，他們也考慮過(guò)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HCCI發(fā)動(dòng)機的自然分層數據進(jìn)行了確認，接著(zhù)將范圍擴展到了燃料分層模型，將燃料分層蒸發(fā)計算在仿真模型內。這點(diǎn)導致氣缸內燃油分層加劇。研究表明：

該模型能夠準確地預測乙醇點(diǎn)火時(shí)機。還能預測熱分層的壓縮率。壓縮率高時(shí)不會(huì )導致分層，持續增加分層程度導致發(fā)動(dòng)機熄火。長(cháng)時(shí)間的燃燒，加上不同數量的蒸發(fā)冷卻加劇了分層現象。而加劇后的分層現象又導致了燃燒的持續。

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)。