一直以来,能源问题都被世界各个国家所重视,因为能源是人类社会生活和发展进步的物质基础。在过去的20世纪中，人类使用的能源主要有四种，就是原油、天然气、煤炭和电力。而根据国际能源机构的统计，假使按目前的势头发展下去，不加节制，那么，地球上原油、天然气、煤炭三种能源供人类开采的年限，分别只有40年、60年和220年了。进入21世纪，能源问题的重要性更是越来越突出，确切的说，能源问题已经不仅仅是某一个国家的问题，而是整个世界，整个人类社会所要面对和所要解决的问题。

现如今，汽车产业迅猛发展，化石燃料的需求量越来越大，石油储量以惊人的速度枯竭。此外，汽车在日常行驶中燃烧消耗了大量的化石燃料，这极大的加剧了大气污染，严重威胁到了生存在地球上的所有生命，诸如温室效应、PM2.5等。从石油资源枯竭和大气污染日益严重的角度来看，当前内燃机的燃烧与排放性能需要我们重新审视。世界范围内的能源危机和严重的环境污染引发了高燃油效率和低排放汽车的发展。目前，寻求新的清洁可替代燃料和新型燃烧方式已成为降低现有传统汽油机油耗和排放的研究重点。

现有的石油替代燃料种类繁多，如液化石油气、氢气、生物燃料、天然气和燃料电池。在这些可替代燃料中，天然气由于其固有的清洁性燃烧且能最大程度满足全球各国的需要，已被认为全球环境友好型燃料，其独特的燃料特性和优点对发动机和汽车行业在代用燃料方面的发展意义深远。

研究现状

随着人们对高效清洁燃烧需求增加，新型燃烧机技术得到不断的发展，均质充量压缩着火（HCCI）燃烧模式得到不断发展。HCCI的研宄最早始于1979年，当时的日本学者Onishi等人提出了活化热氛围燃烧理论。为了增加二冲程的汽油发动机的燃烧稳定性，他们制造条件使得缸内工质自燃，发现均质充量的燃烧方式可以在压缩比为7.5：1、转速1000-4000r/min和低负荷极限到高负荷极限的范围内实现汽油发动机的稳定运转，并且燃烧排放降低，燃油经济性也得到明显的提高。

具体来说，均质充量压缩燃烧指的是在进气过程中,将大量燃料和稀释物空气、排放废气、水等预先混合形成均质混合气,当活塞运行到压缩到上止点附近时,均质被压缩自燃着火、燃烧做功的一种发动机工作过程。HCCI发动机利用的是均质混合气,可通过提高压缩比、采用废气再循环、进气加温和增压等多种控制手段来提高缸内混合气的温度和压力,促使混合气压缩自燃,在缸内形成多点火核,减少了火焰传播距离和燃烧持续期,有效维持了着火燃烧的稳定性。HCCI具有：可以同时保持较高的动力性和燃油经济性；可以同时降低NOx和PM；良好的燃油适应性；可以简化发动机的结构、降低成本等优点。

Nouguchi等人在二冲程发动机上进行了均质充量燃烧光谱分析研宄。在试验中，他们发现在燃烧过程并没有看到火焰传播，而是在整个气缸内有无数个着火的点。他认为，均质充量燃烧不像传统的火花点火那样依靠火焰传播，也不像传统的压缩点火那样严重依赖燃料与空气的混合，均质充量燃烧是由化学反应主导的燃烧，由内燃机缸内温度、压力所控制。

西安交通大学的王金华等人利用缸内直喷火花点火发动机对掺氢比为0％－18％的天然气混合燃料进行了不同点火时刻的试验研究。结果显示，随着点火时刻的提前，HC排放量减少，NOx和CO2排放量增加；当掺氢比大于10％时可提高天然气发动机的燃烧热效率.

Olsson等人指出，在天然气均质压燃发动机中结合废气再循环率，将进一步减少ＮＯｘ的排放。西安交通大学的胡二江教授等人进一步试验研究了掺氢含量和废气再循环率对火花点火天然气发动机燃烧与排放的影响，结果表明在天然气燃料中加入氢气可以减少较高的废气再循环率所造成的发动机点火延迟和循环变动；在天然气燃料中掺入一定量的氢气，再结合适当的废气再循环率可以实现稳定的天然气发动机低温燃烧.

文媛媛采用简化后的氢气和天然气化学反应动力学机理与三维ＣＦＤ软件进行耦合模拟计算了掺氢比为10％-50％的天然气混合燃料HCCI发动机的燃烧和排放。结果表明，掺氢使得天然气均值压燃燃烧更加充分，NOx（主要是NO）排放增加，HC、CO2排放减少。