汽油机受控自点燃，又名均质充量压缩点燃HCCI(Homogenuos Charge Compession Ignition)，与传统的汽油机燃烧方法相比明显地提高了效率，相应地减少了CO2排放，ＮO2和颗粒物排放也达到了最低水平。博世公司对这一燃烧方法做了很多研究工作，在此基础上对采用HCCI燃烧系统的汽油机在整个工况区域内瞬态运行过程中的控制和调节策略进行了开发工作，并作了台架试验，这些成果值得国内发动机研发人员参考。
采用汽油机受控自点燃的动因
在排放法规十分严厉，同时还要求严格限制油耗的背景下，人们对汽油机受控自点燃，即HCCI燃烧方法期望很高。在这种燃烧方法中，燃油蒸汽和空气的混合气用空气和/或废气强烈地稀释，然后在气缸内压缩直至发生自点燃。燃烧是以体积反应的方式进行的，就是说，在整个燃烧室的空间内同时点燃，不存在形成紊流的火焰前锋，也没有扩散燃烧。
对HCCI这种燃烧方法进行的热力学分析表明HCCI具有下列优点：取消了节气，低温条件下的迅速放热带来了热力学优点。这些优点导致其热力学过程接近于理想的等容过程，进而提高了热效率。因为自点燃及随后的燃烧是在各个地点同时发生的，这种燃烧与外源点火时的火焰传播比较起来，它不依赖于局部的边界条件，所以各个工作循环之间出现的波动较小。
受控自点燃保留了经典的三效催化转化器，既不需要进行额外的尾气后处理，同时还能提高效率。这种基本上采用稀薄燃烧的低温放热过程与传统的火花点燃工作方式相比，因其在HC排放变化不大、CO排放有所减少的情况下大幅降低了NOx排放而显得引人注目。
由于整个HCCI系统(由HCCI燃烧方法和尾气后处理系统组成)对于不同燃料如乙醇的兼容性，得以成功地将这些燃料以很高的效率转换成为功，而不存在由系统带来的限制。此外，还能够识别燃油品质和环境条件，并通过调节而对其影响加以补偿。
对于中高级轿车来说，只要其工况落在新欧洲行驶循环(NEDC)中城市行驶部分的工况区域之内，便可使用HCCI燃烧方法，与进气口喷射、不具备可变控制系统的汽油机相比，节油潜力可达14%左右。在个别的HCCI运行工况点可达到30%以上的节能效果。所以，HCCI的节油潜力接近直喷分层充量的稀薄燃烧(DIstrat)和增压与缩小排量的直喷理论当量燃烧(DIt/c)这两种很有前途的燃烧方法和系统，远远高于采用均质充量的汽油直喷发动机(DIhom)见图1。相比之下，HCCI的节油潜力虽然比DIstrat和DIt/c略有逊色，可是能沿用三效催化转化器，而且这个节油潜力数据是在没有增压的情况下取得的。
HCCI只能用于有限的工况范围。尽管有许许多多种手段可用于扩大其适用的工况范围，但受控自点燃运行模式还是不能覆盖整个工况范围。因此，在实际的汽车运行过程中，必须在任何情况下都能够从受控自点燃运行模式切换到传统的外源点火运行模式。由于这一限制，对发动机产生了一项要求，即必须在同一台发动机上实现两种不同的燃烧方法。为了实现这一目标，必须采取折衷，例如在压缩比方面。
为了避免因其燃烧时间非常短暂、并且燃烧起点提前而引起过高的机械负荷，必须采用稀薄混合气，或者采用很高的EGR率。这两项措施最终都会影响喷油量。因而，允许实施受控自点燃的负荷上限受制于所能达到的充气程度，只有足够的充气才能满足在过量空气系数或者残余废气量方面的规定。负荷下限取决于能够引入自点燃的最长点火延迟时间。
此外，HCCI还要求精确地控制燃烧发生的位置，因为HCCI放热迅速，这使得放热重心位置和效率之间存在密切的关系。图3示出了根据大量试验数据得出的平均指示压力与放热重心位置之间的紧密关系。放热重心位置过于推迟，会导致明显的效率下降，极端情况下甚至会导致燃烧中断。
HCCI的控制策略
空气系统的控制策略
HCCI空气系统的控制以利用可变气门定时实施的内部排气再循环为主，同时结合使用外部排气再循环。
可变气门定时提供了对温度曲线和混合气属性施加影响的可能性。采用负的气门叠开角和让残余废气滞留在燃烧室内，可达到最高的混合气温度。这时，排气门在排气上止点之前很远便已关闭，以致大量的残余废气留存在气缸内，这些残余废气将受到压缩。为了最大限度地回收压缩功，并避免流动损失，进气门直到过了排气上止点，当在进气管和气缸之间重新达到压力平衡时才开启。这种内部排气再循环方案称为残余废气滞留方案。
另一种内部排气再循环方案是残余废气回流方案，即从排气道回吸早先从气缸内排出的废气。这时，燃烧过的气缸充量先被推出，后又从排气管道引回气缸。为此，排气门要么第二次开启，要么一直保持开启直到吸回所期望的残余废气量。废气在流动过程中得到冷却，并且与新鲜空气相混合，其混合的均匀程度超过了残余废气滞留方案。这种替代方案特别适合于在较高的负荷与转速下实现HCCI，但是会增加在很低的或者接近怠速的负荷下实现HCCI的难度。
对于HCCI燃烧方法优先采用的残余废气控制方法是以残余废气始终滞留在气缸内的内部EGR，即残余废气滞留方案为主，并且在较高负荷下与外部EGR相结合的策略。对于较高的HCCI负荷，必须降低与排放试验相关的NOx排放(NOx<100ppm)。这一目标通过带外部EGR的λ=1运行方式得以实现。这也使得能够通过一种对例如放热重心的柔性燃烧控制实现负荷范围的扩大。此外，增压也提供了扩大HCCI工况范围的可能性。
除了对残余废气的内部EGR控制，即对排气终点和进气起点的控制以外，进气终点也是一个不可忽略的调节参数。通过对进气终点的控制，可以额外地增加气缸进气量，并扩大有效压缩比。进气门关闭过迟则会既降低氧的浓度，又降低压缩终点温度，从而加长点火迟滞期。
燃油系统的控制策略
HCCI燃烧方法的喷油方式，既可以采用进气口喷射，也可以采用缸内直接喷射。进气口喷射虽然可以使得燃油-空气混合气更加均质化，从而达到较低的HC/CO排放，然而缸内直接喷射在可控性方面具有更大的优点，从而扩大HCCI燃烧方法的工况范围。采用直喷时，喷油时刻的不同对缸内温度有很大影响。喷油起点除了影响温度以外，还会影响可用于混合气生成的时间长短，进而影响气缸充量的均质化程度。
喷油可以采取一次喷射或者多次喷射的策略。尤其当与残余废气滞留缸内方案相结合时，由一次喷射或者多次喷射组成的各种不同的喷油策略能使得分缸进行的燃烧控制的重要优点发挥得淋漓尽致。如果在排气上止点将燃油喷入经过压缩的、热的残余废气之中，那么这将引发附加的温度升高，升高的幅度与喷油时刻有关。如果在吸气冲程喷油，主要将影响燃油-空气混合气的均质性。多重喷油适合用于在各种不同的负荷点对HCCI燃烧方法进行优化，因为多重喷油能够将各种单独的效应综合起来。例如，如果在多重喷油的场合将少量分层喷射的燃油点燃，便能使得怠速变得非常稳定。
其他影响因素，如压缩比、发动机温度或者燃料种类等均不可忽略。压缩比越高，则HCCI燃烧方法的控制越是简单而且可靠。压缩比的上限取决于全负荷时的爆震，而其下限则取决于燃烧稳定性和力求达到的HCCI燃烧方法的工况范围的大小。博世公司在发动机温度、进气温度或者燃料种类方面的研究工作证实了由反应动力学因素驱动的HCCI燃烧方法的高度敏感性。
HCCI系统
有效控制HCCI燃烧方法的基础是掌握充量的成分、燃料的属性、燃烧室内的压力，特别是温度变化曲线。此外，混合气生成过程也起着举足轻重的作用，特别是对于分缸控制尤为重要。
为了在汽车中得到应用，HCCI燃烧方法最具潜力的控制策略是令热废气滞留在气缸内。这些热废气在吸气冲程中与新鲜空气相混合，而缸内直接喷射又使得能够在不同的时刻分缸引入燃油。因此，燃油引入时刻的分缸控制成了调节过程中的调节量。从原理上说，由于批产发动机各缸的气体动力学状况不同，制造过程中的公差不同，所以这样的分缸控制是必要的。此外，外部EGR气体的混入也给混合气温度提供了附加的控制途径。
HCCI系统由机械零部件和发动机电子控制系统组成，它提供了为成功地实现HCCI燃烧方法所必需的、掌握混合气及其所具有的焓控制的解决方案，见图3。
在零部件方面，首先涉及到的是缸内直接喷射系统、可变气门装置、排气再循环(EGR)系统和燃烧室压力传感器。在较高的HCCI负荷下，附加的外部EGR或者增压可以扩大HCCI的运行范围。
以燃烧室压力为主导的发动机控制或调节方式使得HCCI燃烧方法对于环境条件(压力、温度和空气湿度)和燃料质量的变动不敏感。而且，与批产发动机的生命周期相关的长期运行带来的零点漂移也容易排除。
还可以证明在HCCI发动机采用火花点火时也可通过HCCI系统的单个零部件带来附加的潜力，如通过凸轮轴相位调节装置实施的内部残余废气控制和/或外部EGR造成的部分去节气化。此外，在借助于可变气门升程而采用进气门提早关闭策略时，能够在采用火花点火时实现部分去节气化。而相对于进气口喷射的汽油机来说，缸内直喷更是一种大幅降低起动阶段排放的关键技术。通过在火花点火运行时采用燃烧室压力传感器可实现各缸的均衡化或者放热重心位置的调节，这给发动机运行的平稳性带来了附带的好处。
为了使HCCI燃烧方法获得尽可能高的节能效果和可以接受的可控性，并达到足够大的运行范围，在发动机电子控制装置中采用燃烧方法调节系统是绝对必要的。
HCCI技术要点：
● HCCI是一种燃烧方法，采用HCCI的发动机称为HCCI发动机。说它类似于汽油机，那是因为其压缩的对象是燃油和空气的混合气而非纯空气；说它类似于柴油机，那是因为它依靠自燃而非依靠火花点燃。
● HCCI的燃烧特点：燃油蒸汽和空气的混合气用空气和/或废气强烈地稀释，然后在气缸内压缩直至在整个燃烧室的空间内同时点燃，不存在(汽油机的)火焰前锋，也没有(柴油机的)扩散燃烧。
● HCCI的热力学优点：取消节气(但HCCI发动机必须保留SI燃烧模式，故仍需要节气门)，低温下迅速放热，工作循环之间的发动机性能波动小。
● HCCI的尾气后处理：经典的三效催化转化器。
● HCCI的节能效果：与传统汽油机相比，明显地提高效率，其节油潜力接近直喷分层充量的稀薄燃烧(DIstrat)和增压与缩小排量的直喷理论当量燃烧(DIt/c)。
● HCCI的减排效果：CO2排放减少；HC排放变化不大，在CO排放有所减少的情况下大幅降低NOx排放，颗粒物排放达到最低水平。
●整个HCCI系统(包括HCCI燃烧方法和尾气后处理系统)对不同燃料如乙醇兼容，不存在由系统带来的限制。
● HCCI系统能够识别燃油品质和环境条件，并通过调节而对其影响加以补偿。
● HCCI发动机中，受控自点燃燃烧方法只能用于有限的工况范围，故必须在同一台发动机上按照不同的工况实现两种不同的燃烧方法，即受控自点燃(HCCI)和火花点燃(SI)。
●只要其工况落在新欧洲行驶循环(NEDC)中城市行驶部分的工况区域之内，便可使用HCCI燃烧方法。
● HCCI燃烧方法的喷油地点，既可以采用进气口喷射，也可以采用缸内直接喷射。相对于进气口喷射的汽油机来说，缸内直喷是一种大幅降低起动阶段排放的关键技术。
●喷油起点除了影响缸内温度以外，还会影响可用于混合气生成的时间长短，进而影响气缸充量的均质化程度。喷油也可以采取一次喷射或者多次喷射的策略。
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