內燃機技術的新境界

如何挖掘內燃機的潛力，推進內燃機技術的革新，以滿足越來越嚴格的汽車油耗與排放的要求，成為許多科學家與工程師苦思冥想的課題。作為傳統的兩類內燃機，汽油機與柴油機已經存在100多年。汽油機具有混合均勻、工作柔和、燃燒比較完全的優點，但由于壓縮比低，燃燒效率低，使其油耗比柴油機高。相反，柴油機的高壓縮比帶來較高的燃燒效率，油耗比汽油機可以減少30%以上，但其工作比較粗暴，顆粒物與氮氧化物（NOX）排放量較多，為了滿足國四及更高的排放標準，柴油機的后處理設備越來越復雜，其價格高達整機的1/3。

因此，人們想到能否開發一種內燃機，綜合汽油機與柴油機兩者的優點，既具有高的效率，工作又柔和，又能將顆粒物與氮氧化物（NOX）排放量降到最小。一項稱為均質混合氣壓燃技術便成為近年來國際內燃機界的研究熱點，其英文名字是Homogeneous Charge CompressionIgnition，簡稱為HCCI。HCCI發動機的簡單原理是：和傳統的汽油發動機一樣，向氣缸里面注入比例非常均勻的空氣和燃料混合氣，提高壓縮比，采用同柴油發動機相類似的壓縮點火過程。由于HCCI發動機提高了壓縮比，從而提高了燃燒效率，而且由于它采用壓縮點燃的緣故，可以采用比較稀薄的混合氣，因此可以直接通過調節噴油量來調節扭矩。HCCI發動機的燃燒溫度低，能大幅降低氮氧化合物的形成。它采用的燃油辛烷值允許在一個較大的范圍內變動，可以采用汽油、天然氣、二甲醚等辛烷值較高的燃油作為主要燃料，也可以采用多種燃料混合燃燒。

HCCI發動機雖然有如上所說的優點，但實現起來還有很大難度。HCCI發動機對油氣混合氣的密度，氣缸的溫度和壓力都需要進行精確的檢測和控制；為防止爆震現象發生，需要在稀燃狀態下工作，排氣的溫度也比較低，但低排氣溫度不利于催化轉化器的工作。目前HCCI發動機的工作機理只能在發動機的有限的轉速與負荷范圍內實現，在大負荷高轉速的時候或者冷機狀態下還必須回到傳統的火花塞點火系統工作，這就要求將發動機設計為可變的壓縮比，這也使得機構與控制都變得十分復雜。

上周我與幾位教授到了奇瑞汽車公司與天津大學內燃機國家重點實驗室考察有關HCCI課題開展的情況。我們既看到了課題取得的成績，同時也看到真正實現完全意義的HCCI并應用到實際車輛上，仍存在很大難度。

在與課題組交流討論中，我們對以下兩個理念有了進一步認識：

·鑒于目前HCCI發動機的工作機理還只能在發動機的有限的轉速與負荷范圍里實現，恰恰有理由首先將其應用到深度混合動力汽車中去，或者應用于增程式電動汽車的增程器發動機中；

·在HCCI研究工作中，只在內燃機上動腦筋，讓內燃機去適應燃油的一成不變的化學結構。為什么不能同時改變內燃機與燃油結構呢？早就聽說過所謂的“燃料設計”這個名詞，最簡單的是將現有的不同燃料以適當的比例混合燃燒，進一步改變傳統的汽柴油生產技術，生產出更理想的內燃機用燃油。

這也許就是內燃機的新境界。