主题：【原创】曙光初现-大众汽车的CCS发动机（一） -- 波波粥

先给大家到个歉，现在才把这个帖子续起来。

前面说到CCS发动机的工作原理是基于HCCI方式，燃料-空气-混和气被压燃。对于这种点火方式而言，需要燃料-空气-混和气的提前形成，这就是所谓“提前混和”，它要求喷油点在明显在上止点前（就是在吸气或者压缩行程中），喷油早，那么燃料和空气自然有更多的时间“亲密接触”，他们的融合也更加彻底，达到“你中有我，我中有你”的紧密结合。混合更充分，那么燃烧更彻底。但是这样会造成混和气有被提前压燃的危险，为解决这个问题，需要很高的发动机回气率，即在吸入的新鲜空气中，混入尽可能多的发动机废气。这里需要发动机转速，废气回气率，喷油时间点，喷油量相互之间精确的配合，对发动机控制技术提出了很高的要求。

但是在高负载工况下，燃料在发动机燃烧室内停留时间非常短，燃料-空气没有充足的时间来达到“水乳交融”的程度，从而混和气不能够通过被压缩而自燃，这样，我们需要对喷射战略或者点火方式进行调整。

可供选择的喷射战略是多点喷射，其中第一次喷射是在上止点前要喷一次油，在上止附近（前或者后，和上止点的时间点非常接近）再喷一次油，通过喷油时间点和点火点的选择，尽量把燃烧重心，即有一半的燃料已经燃烧的这个时间点推迟到上止点后。这样带来的后果是燃烧峰值温度高造成NOx的排放较高，在这种工作方式下，点火延迟现象变得有利起来，在点火延迟的这个时间段（说起来是“时间段”，其实非常非常之短）里，正好可以使得燃料和空气更加均匀的混和，降低排放。

在HCCI工作方式下，CCS发动机是最经济的，油耗最低，排放最少，但HCCI的工作范围受到燃料本身性能的限制，如果燃料-空气-混和气在混合中就开始自燃，或者在压缩过程中，还没有达到上止点处就开始自燃，那么这样的燃烧会造成发动机运行不平稳。同时为了在尽可能高的负载情况下也利用HCCI工作方式，需要把燃料-空气的混合时间尽可能的缩短，为达成此目的，ＣＣＳ发动机所使用的燃料是特制的。这种特种燃料的蒸发温度显著下降了，在150度附近可以达到95%的蒸发率，燃料更容易蒸发，自然混和气也就更容易形成了。

正所谓成也萧何，败也萧何，燃料是ＣＣＳ这样的发动机目前还不可能大规模的投入实际应用的最直接原因。但是CCS发动机在技术上所做的探索是非常有益的，技术上的进步也使得现有发动机得到改进和提高。

对于HCCI发动机，它的优点和缺点都非常明显，优点是省油，排放低；缺点是工作范围窄。这是到今天它还不能大规模商用的主要原因，虽然在技术上实现它完全是没有问题的。不过混合动力模式为HCCI发动机提供了新的舞台。在串联混合动力模式下，内燃机只是带动发电动来发电，汽车的直接驱动是由电动机来完成的，在这样的工作方式下，内燃机可以一直处于最经济模式下工作。在低负载情况下，多余的电力被电池储存起来，高负载情况下，由电池提供更多的能量，呵呵，在等红灯的时间里，内燃机也是照样运转的呢。这样使得HCCI发动机扬长避短了，也许在不久的将来，混合动力汽车会更多的走进我们的生活，那时，我们会看见HCCI发动机的身影，在那个时候，希望大家还记得CCS发动机这个“老前辈”。

在楼下的回帖中，晨枫老大一下子就问到了CCS发动机的核心技术：在某些工况下，怎样控制才能不让燃料-空气-混和气不被压燃，而在稍后被火花塞点燃。控制技术，是所有HCCI或近似HCCI发动机的关键。

说到这里，我想，需要先和大家介绍一下什么是HCCI技术，为接下来介绍CCS发动机做点铺垫。

我们知道，传统的内燃机可以分为柴油发动机和汽油发动机，顾名思义，柴油发动机是烧柴油，汽油发动机是烧汽油，（呵呵，这是一句废话）。燃料特性的不同，造成两种发动机燃烧方面有很大差别，如：燃油引燃方法、燃烧方式、混合气空气/燃油比、压缩比、燃烧剧烈程度。柴油机使用的是压缩点燃，即燃料-空气-混和气体是在燃烧室内被压燃的；汽油机使用的是火花点燃，即燃料-空气-混和气体是在燃烧室内被火花塞产生的电火花点燃。

HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）的中文意思是“均质充量压缩点燃”。单从名称来看，似乎只是一种点燃方式。实际上，这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是综合了火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机特点出现的新概念。

柴油机，汽油机和HCCI的点火方式区别

注意：柴油机里混和气是被压燃的，那个看着像点火装置的东东其实是喷油嘴

HCCI发动机的特点之一是使用均匀的燃料-空气-混合气。有三种方式来实现这种均匀的混合，

1。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，就是说燃料喷射在发动机进汽道内，燃料被空气“裹挟”进入发动机燃烧室内，在此过程中，两者充分的混合，形成均质混合气

2。燃油直接喷入气缸、在气缸内与进入的空气进行预混合

3。两种方式结合起来

顺序：空气进入气缸；气体和燃油混合后被压缩；同步燃烧将活塞压下后进行作动冲程；活塞升至最初位置，同时废气从排气门中排出

HCCI发动机采用压缩点燃方式，在压缩冲程中，混合气被活塞压缩导致温度升高，随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在燃烧室空间内n点同时发生，这样的燃烧没有明显的火焰前锋（如果是理想的空间内所有点同时燃烧，就完全没有火焰前锋了），没有火焰传播，燃烧反应迅速，燃烧温度在瞬间达到峰值后迅速降低且分布较均匀，这样在燃烧过程中通过汽缸壁的传热很低；无烟的燃烧能够减少辐射损失的热能；排气温度也较低，损失能量较少。对废气排放而言，由于燃烧温度峰值低，对于抑制NOx的生成极为有利。同时由于燃烧较为充分，颗粒物排放也很少。这样可以避免传统柴油发动机在NOx和颗粒物排放之间二选一的尴尬。大家可以参见我的一篇帖子《NOx or Particulate-柴油发动机的抉择》

链接出处（呵呵，广告，广告）

HCCI燃烧过程：

1.[SIZE=3]混合气被压缩[/SIZE]

2.[SIZE=3]压燃瞬间[/SIZE]

3.[SIZE=3]火焰开始熄灭[/SIZE]

4.[SIZE=3]几乎快要熄灭了[/SIZE]

但是HCCI发动机的缺点也很明显，HCCI燃烧方式对混和气的燃料-空气比例很敏感，混合气过稀（失火）或混合气过浓（爆震）都不行。这样在燃烧时机的控制上，HCCI发动机的要求相当高，对燃料-空气-混合气的密度，汽缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制，要求发动机上有相应的传感器和功能强大的电控系统（ECU），不过这个问题已经不是太大了，现代的发动机上面传感器的使用已经相当的广泛了，而且最近10年来发动机电控系统的发展更可用突飞猛进一词来形容。

由于HCCI燃烧方式导致燃烧和放热同时发生，在这瞬时间汽缸和活塞会受到强大的压力，这就需要在稀燃状态下工作，使得HCCI可能达到的最大负荷比典型的火花点燃式和直喷式柴油机低得多。现在，材料科学的进步让汽缸和活塞的强度提高非常之多，也为HCCI发动机的发展做出了极大的贡献（类似的例子是喷气发动机的叶片材料的耐高温性能已经提高了好几百度了）。除此之外，一个补偿的方式是在大负荷高转速的时候或者冷机状态下发动机还是依靠传统的火花塞点火系统，这就是导致CCS和Diseotto这样的双模式发动机采用“双模式”的直接原因。

当然，为克服HCCI发动机的缺点，发挥它的优势，在技术上还采用了许多其它的办法，比如活塞冷却技术，提高发动机废气回气率等等，这里就不一一谈开了。

真能实现３升／100公里的话，那是功德无量了。

预混和的气体怎样才能在压力下不自燃呢？不高于自燃点而靠点燃，和汽油机有什么两样呢？