柴油发动机上实现汽油压燃的技术解析（二）

随着能源与环境问题的日益严峻，提高内燃机热效率和降低有害污染物排放成为内燃机发展的核心方向。汽油机由于采用当量比燃烧，使用简单的三效催化转化器（TWC）可同时大幅降低气体有害物的排放，相比柴油机的后处理系统更加简单、成本更低；但是汽油机由于其压缩比较小、泵气损失大、绝热指数低、常用工况效率低等原因，导致汽油机的热效率比柴油机偏高20%-30%左右。可以看出，传统汽油机的燃烧模式限制了汽油燃料的高效利用。为此，内燃机学者提出了采用压燃低温燃烧的方式使用汽油燃料，即汽油压燃（GCI）燃烧模式，以克服传统汽油机压缩比低、泵气损失大等对油耗不利的因素，改善热效率；并利用汽油燃料的高挥性、高辛烷值等特点，降低碳烟排放，最终实现全工况的高效清洁燃烧。

汽油压燃（GCI）具有实现高效清洁燃烧的潜力，受到了工业界和学术界的广泛重视。但汽油GCI在小负荷工况存在着燃烧效率低、HC&CO排放高、燃烧稳定性差等问题，严重地制约着汽油GCI燃烧模式的实际应用。为解决汽油GCI小负荷存在的问题，内燃机燃烧学国家重点实验室（SKLE）在一台单缸柴油机上开展了基于排气门两次开启的汽油压燃低温燃烧控制策略的研究，探索了内部EGR、耦合喷油策略和进气压力控制对汽油GCI小负荷燃烧和排放特性的影响。研究结果表明，通过内部EGR和喷油策略的协同控制，使缸内混合气温度分层和浓度分层最佳匹配，从而实现了汽油GCI的小负荷拓展。基于此控制思想，采用近上止点喷油结合基于排气门两次开启策略的内部EGR可以使RON=93的汽油在平均指示压力约为2.1 bar工况下实现稳定燃烧，并获得极低的NOx（0.04 g/kWh）与烟度(0.01 FSN)排放，虽然HC和CO排放较高，但较高的排气温度（280.2 °C）有利于后处理转化效率的提高。提高进气压力并结合高比例内部EGR可以进一步拓展汽油GCI的负荷下限，在1.5 bar的进气压力下，汽油可以在平均指示压力为1.5 bar工况下实现稳定压燃。

基于可变气门的汽油GCI小负荷拓展虽然在单缸机上取得了成功，但是移植到实际多缸机上使用，必定会造成制造成本的增加；此外，多缸机汽油GCI的冷启动依旧是一个严峻的考验。