柴油均质预混合气形成方式

均质混合气的形成是实现对HCCI燃烧控制的第一步。国际上采用的柴油均质预混合气方式包括：进气道缸外预混、缸内早喷和晚喷。
　　
　　（1）缸外预混HCCI
　　
　　即在进气冲程把柴油喷入进气道，与空气混合形成预混合气。采用进气道喷射，利用进气涡流来强化混合气的形成，是提高混合气均匀度的一个相对简单的方法。但要求较高的进气温度来促进柴油的蒸发，需要安装加热装置和进气道燃油喷射系统，并且不利于柴油机冷启动。早期的研究中多采用这种方法制备混合气，最早进行研究的美国西南研究院曾采用这种方式引入混合气，燃料在进气道喷出后与空气混合形成均匀的混合气，进气门开启时混合气进入缸内压缩、着火。柴油由于挥发性较差以及壁面撞击，采用此法将导致较高的HC和CO排放以及燃油消耗量的增加。
　　
　　（2）缸内早喷HCCI
　　
　　该方式是目前普遍采用的柴油HCCI预混合气形成方式。即在压缩冲程的早期，柴油被喷入气缸，随活塞上行逐步与空气混合，直至发生自燃着火。由于柴油密度大，而压缩冲程早期缸内空气密度较小，高密度的柴油喷入低密度的环境中贯穿度较大，因而燃油撞壁现象严重，这会降低燃油的雾化与混合程度，进而导致排放增加、油耗上升等问题。
　　
　　为了改善燃料的雾化与混合，柴油机HCCI喷油提前角远大于传统柴油机，使柴油与空气在着火前充分混合。另外，改进喷油器设计、改变燃烧室形状、适当组织缸内气流等方法均能在一定程度上改善柴油的雾化与混合。缸内柴油早喷成功应用于产品的典型代表是日本丰田公司的UNIBUS燃烧系统。与缸外预混柴油HCCI相比，早喷柴油HCCI具有以下2个优点。
　　
　　其一，压缩冲程气缸内的温度和压力高于进气门开启时进气道内的温度和压力，有助于柴油的雾化和混合。压缩冲程早期喷油，降低了对进气温度的要求，减少了混合气爆燃的倾向。
　　
　　其二，采用压缩冲程早期喷油方案，可以只需要一套供油系统满足HCCI和传统直喷柴油两种方式。
　　
　　（3）缸内晚喷HCCI
　　
　　在接近上止点或在上止点之后，把柴油喷入气缸，同时采用大量预冷的EGR、加强涡流和降低压缩比等措施实现点火延迟，使柴油着火恰好发生在喷射结束之后。尽管缸内晚喷形成的油气均匀度不如进气道喷射和缸内早喷均匀，但NOx和PM排放仍然低于传统柴油机。柴油机缸内晚喷HCCI燃烧的典型代表是日本Nissan公司的MK(ModulatedKinetics)系统。MK系统通过推迟喷油(上止点后3°)，大EGR率（使氧浓度降到15％～16％）延长滞燃期，使喷油完全在滞燃期内完成，形成预混合气。为了提高混合率，MK发动机的涡流比提高了，并优化燃烧室设计加快油气混合。在MK燃烧的负荷范围内，NOx可降低90％以上，烟度低于1个Bosch单位。采用MK系统的发动机在1998年被投入批量生产进入日本市场。

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