引言

随着环境污染和能源消耗的日趋严重，各国政府制定了越来越严格的法规来限制排放和降低油耗。柴油机均质压燃（HCCI）由于具有较高的热效率、低NOx和PM排放等优点，在内燃机节能和降低排放方面的潜力引起了内燃机界的高度重视。由于低温燃烧和避免节流损失，HCCI发动机最多可以减少30%的燃料消耗，并产生极低的NOx排放。Paul M.Najt和其他研究者早在1983年就开始研究四冲程汽油HCCI发动机，但至今HCCI发动机仍没有量产。主要原因在于：HCCI的工作范围窄，在起动过程和高负载区域，HCCI燃烧容易发生失火或者爆震，发动机不能正常运转；HC和CO排放相比火花塞点火(SI)发动机高；自动点火位置难以控制等。因此，现阶段众多研究学者通过数值模拟建立单区和多区燃烧模型对HCCI发动机进行燃烧与排放等模拟研究，以改进其排放特性。

1．HCCI简述

HCCI全称均质充量压缩着火(Homogeneous Charge Compression Ignition)，其理念可追溯到1979年日本的Onishi^[1-2]等人的”活化热氛围燃烧(ATAC)”，当时的研究初衷是为了降低二冲程汽油机的排放污染及提高其燃油经济性。1983年，Najt和Forster^[3]首次将HCCI理念运用到四冲程发动机的实验研究中，并尝试使用简化机理模型研究HCCI燃烧机理。同时，他们首次提出HCCI燃烧方式是由化学动力学主导的理念，并且存在着火点难以控制和运行工况难于拓展两大难题。1989年，Thring^[4-6]在四冲程汽油机上研究HCCI的有效运行工况，再次指出其局限性，并首次提出在高负荷工况下使用火花式点燃、中低负荷下HCCI燃烧相结合的方式。20世纪90年代末，随着人们对石油危机和环境问题的越发重视，特别是越来越严格的排放法规的压力下，HCCI燃烧再次引起国内外内燃机学者的广泛关注，使HCCI燃烧的理论和实验研究都得到蓬勃的发展。

HCCI发动机综合了传统汽油机和柴油机的优点。与传统汽油机相比，HCCI发动机避免了节气门损失，可在更高的压缩比下运行，从而获得与柴油机相当的热效率和燃油经济性;与传统柴油机相比，由于采用的是燃油和空气的均匀混合气，燃烧过程为多点同时自燃着火燃烧，没有火焰前锋面和局部高温区，从而可有效遏制NOx和颗粒物(PM)的排放。HCCI燃烧方式因其高效低排放等优点被认为是点燃式燃烧(SI)和压燃式燃烧(CI)之后的第三种新型的内燃机燃烧方式。

2．单区燃烧模型数值模拟影响因素

2.1进气温度

各学者都对进气温度做过研究，正如贾明等人^[7-8]曾在他们的研究论文中总结出如下结论：提高进气温度能有效使低温着火时刻和高温着火时刻提前。

图1显示了改变进气温度时缸内温度的变化情况。从图中可以看到提高进气温度25K，着火时刻会有25#176;CA的提前，可见进气温度对着火时刻有显著的影响。特别是对HCCI发动机这种快速着火的发动机，进气温度对其性能和排放起着更为重要的作用。但是可以发现欲要在上止点附近着火，正庚烷所需要的进气温度很低，在正常的气温下便可以在上止点附近发生着火，这主要是由于正庚烷具有较高的十六烷值。但是这对于以具有相同十六烷值的柴油为燃料的HCCI

发动机却引起一个难题，由于柴油的蒸发性较差，为保证柴油与空气的充分混合，需要采取有别于传统柴油机的燃气混合方式，既要保证燃气的充分混合又希望在上止点附近着火，这本是一对矛盾，目前可以通过改变燃料的喷射方式等相应的措施来解决这个难题。