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国外内燃机
2013年第1期
均质充气压燃发动机采用热障涂层的试验研究
【美】SolimanAHurleyEVarshochiH
摘要：美国环保署制定的严格的排放法规促使汽车工业需寻求一种可靠的低成本解决方案。均质充气压燃（HCCI)是解决该问题的潜在方案之一。HCCI燃烧过程综合了火花点燃汽油机和压燃直實式荣油机的技术优点，同时避免了各自的缺点。HCCI发动机成功应用于主要汽车市场的围难之一是怎样为发动机提供实现HCCI所需的热量。设计了一种热障涂层，以利用通常由发动机排气和冷却系统浪费的能量。利用获取的能量作为激发HCCI燃烧所需的热源。通过将1台日产汽车公司汽油机的压缩比由10.3提高到13.5，并对气缸红盖火力面、气门头部和活塞顶实施热障涂层处理，实现了这一设想。此外，为了建立HCCI燃烧模式，对发动机的实际控制系统进行了调整。
关键词：均质充气压燃热障涂层火花点燃降低排放
0前言
均质充气压燃（HCCI)是当前车用发动机领域研究的主要课题之一。该燃烧循环是按汽车市场大部分量产发动机所采用的传统四冲程循环门设计的。这并不是新的燃烧理念，而是试图综合火花点燃汽油机和压燃直喷式柴油机的优点。HCCI被认为是一种颇有前景的燃烧理念，因为它的排放水平与火花点燃汽油机的相当，面热效率水平与压燃直喷式柴油机的相当["]。
均质混合气生成可以采用多种形式。一种形式是预混合充气压缩燃烧。这种燃烧形式不是使混合气处于完全的均质状态，而是使新鲜空气、燃料和任何其他燃烧残留物形成分层的混合气充量[3]，该充量中含有局部浓度比完全均质混合气高的分层反应物。预混合充气压缩燃烧模式主要应用于直喷式柴油机。柴油是这种混合气制备形式中涉及的主要燃料。
人们已采用各种燃料混合策略对HCCI进行了研究。直喷是指燃料从喷油器直接送人缸内4}。燃料也可以直接喷入发动机进气道，这种方法就是众所周知的进气道燃料喷射。还可以采用燃料雾化器来获得HCCI所需的均匀混合气。燃料雾化器通常需要靠进气加热器来实现充分雾化。
HCCI是一种可实现和可控制的复杂燃烧模式。人们已经采用了许多不同的研究模型和方法，使HCCI发动机达到主流汽车市场所需的控制水平。HCCI的研究主体包括采用复杂的方法提高缸内温度和压力。还曾采用其他研究方法来确定专为
万方数据
HCCI发动机设计的燃料是否有助于解决控制间题。这类研究都侧重利用发动机外部热源为HCCI 创造更加适宜的缸内条件。
许多研究都是利用外部热源来改善HCCI燃烧方式，而未尝试过利用发动机内部热量来创造 HCCI所需的缸内条件。内燃机本身就是很好的热源，因此，外部热源或许是不必要的。按这一思路设计或改造的发动机能够在持续不变的HCCI条件下运行，且无需外部能量输人。本文介绍的研究是通过采用热障涂层的方法来获得HCCI所需的热量。
研究采用1台量产进气道喷射汽油机和现有的燃油泵，而供油系统保持不变。该发动机经改造后，压缩比从10.3提高到13.5，燃烧室采用高温热障涂层。无需对发动机本体作进一步的改动，选择了一种高度适配的发动机控制器，该控制器具有可根据需要和实时工况条件修改执行的多种发动机运行特性。
1方法与试验
项目试验所采用的发动机是1台2007年款日产3.5LV6VQ35型汽油机。日产VQ35型汽油机的改造原理相当简单。发动机的主要技术规格列于表1。大部分实现HCCI的方法都是侧重于提高和控制缸内温度，而间题在于内在效率低下或设计的成本太高。
该发动机的活塞、气门和气缸盖均涂有1层陶瓷热障涂层（表2)。热障涂层的作用是在不增加发