通过预混合压缩燃烧的方式可解决柴油机燃油经济性与排放性、NOx与PM排放两对矛盾。而着火相位控制一直是实现预混合压缩燃烧的核心难题。为了主动控制预混合压缩燃烧的着火相位,提出了高压空气射流控制压缩着火(高压空气JCCI:Jet Controlled Compression Ignition)方法。其基本思路是通过调节压缩比,使预混合气在压缩终了时处于接近自燃而又不能自燃的临界状态,再通过高压空气射流压燃预混合气,从而实现着火相位的直接控制。该工作过程是“低压缩比、高压升比、高膨胀比”的热力过程,将该热力过程定义为复合热力循环。为了实现复合热力循环,还提出了复合发动机概念。复合发动机设有压气缸和动力缸,通过可变气门技术可以使压气缸转换为空气动力缸,它是一种内燃—空气混合动力。以内燃动力、空气动力、内燃动力+空气动力、制动再生等模式应对汽车的启动、低速、加速、巡航、制动等不同工况,提高整车的燃油经济性和排放性。对定容条件下高压空气射流对工质的影响和内燃动力缸高压空气JCCI方式的着火与燃烧过程进行了模拟分析。首先建立了定容弹三维CFD模型,研究了高压空气通过单向阀射流压缩定容弹内工质的过程。着重分析了不同高压空气射流压力、射流温度和单向阀出口直径条件下,定容弹内局部工质受压缩后的温度变化情况。研究结果表明:提高射流压力和射流温度、增大单向阀出口直径均能增加定容弹内局部工质受压缩后的最大温升。较高的射流压力流量更大,使得高压空气与原工质的混合速率更快。较高的射流温度和较大的单向阀出口直径则可增大局部的温升区域。其次建立了复合发动机内燃动力缸三维CFD模型,模拟研究了高压空气JCCI方式的着火与燃烧过程。高压空气JCCI方式的燃烧具有明显的低温反应和两阶段高温反应放热的特征。第一阶段高温反应由缸内局部区域预混合气受高压空气射流压缩自燃而引起;第二阶段高温反应则受高压空气与缸内原预混合气混合的影响。高压空气JCCI实质上是通过高压空气射流压缩缸内局部区域,使该区域预混合气达到自燃条件而着火。不同射流参数对高压空气JCCI方式的燃烧与排放影响的模拟结果表明:燃烧始点(SOC:Start of Combustion)和燃烧相位(CA50:Crank angle at 50%burning rate)随射流正时的变化而线性变化,充分体现了高压空气射流对着火与燃烧的直接控制作用。同时,在其他射流参数固定的条件下,高压空气存在一个最佳的射流正时,使得缸内燃烧速率最快,同时燃烧效率最高。射流持续期过短时,会使SOC过于延后,甚至失火。而当射流持续期足够长时,不同射流持续期则对SOC没有影响。由于高压空气射流温度低于缸内温度,较高射流压力条件下,高压空气与缸内原预混合气的混合速率过快,抑制了后期的化学反应速率,增加了整体的燃烧持续期。较高的射流温度,则可以增加参与第一阶段高温反应的燃油量,并加速第二阶段高温反应速率,从而提高整体的燃烧速率。高压空气JCCI方式可以获得极低的NOx和soot排放,而THC和CO排放则略高。缸内NOx排放仅受第一阶段高温反应的影响,其排放量随射流压力的提高、射流温度的降低和射流持续期的缩短而减少。由于柴油为高压早喷,并且与高压空气射流进行了二次混合,因此soot排放结果几乎为零。由于高压空气射流温度低于缸内温度,混合后致使缸内总体燃烧温度偏低,尤其是第二阶段高温反应,因此THC和CO排放略高。而较低的射流压力和较高的射流温度可降低THC和CO排放。