“均質(zhì)壓燃,低溫燃燒”技術(shù).doc

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1、“均質(zhì)壓燃/氐溫燃燒”技術(shù)“均質(zhì)壓燃，低溫燃燒”技術(shù)摘要：摘要:闡述了“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”新一代內(nèi)燃機燃燒技術(shù)的背景、技術(shù)路線以及所取得的主要研究進展，汽油機樣機可實現(xiàn)均質(zhì)壓燃著火與火花點火燃燒模式的平穩(wěn)切換，最大節(jié)油達30%,NOx排放降低95%以上。還介紹了“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”燃燒控制方法：廢氣控制和火花助燃CAI混合燃燒。關(guān)鍵字：均質(zhì)壓燃；低溫燃燒；廢氣重壓；廢氣重吸；CAI混合燃燒0前言內(nèi)燃機是我國石油的主要消費源，消耗了我國60%的石油。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油總需求越來越大。我國從1993年已成為原油凈進口國，

2、2009年我國石油對外依存度首度超過50%,20□年7月國家工信部公布數(shù)據(jù)，1?7月，我國石油對外依存度達到55.3%,首度超過美國的53.5%。國際能源署(IEA)預測，“屮國原油需求增速未來若保持不變，2030年石油進口依存度或?qū)⒊^80%,內(nèi)燃機是大氣環(huán)境特別是城市大氣環(huán)境的主耍污染源。近年來上海市區(qū)機動車排放的CO,HC和NOx分擔率分別為86%,90%和56%,北京在非采暖期，機動車排放的CO,HC和NOx分擔率分別為60%,86.8%和54.7%oHC與NOx在太陽光照射下會引起光化學反應，形成光化學煙霧，刺激眼睛和喉

3、嚨，阻礙植物生長。內(nèi)燃機排出的微粒物(PM),一般小于1um,是城市大氣中PM2.5的主要來源，可吸人到人肺的底部，微粒中的多環(huán)芳炷等是致癌物質(zhì)，危害人類的健康。國家環(huán)保局提供的數(shù)據(jù)表明,全世界20個大氣質(zhì)量最差的城市屮，屮國占了10個。因此，提高內(nèi)燃機的燃料利用率，降低有害排放，對于節(jié)約石油資源，緩解能源壓力，確保國家能源安全及保護環(huán)境有重大意義，是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重大需求。1“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”燃燒技術(shù)介紹汽油和柴油都是從石油中提煉出來的，但它們性質(zhì)差別相當大。汽油易引燃但自燃溫度高，相反，柴油自燃溫度低但難引燃。簡

4、而言之，汽油靠近火便可能燃燒，而柴油容易自燃。汽油給人印象好像很容易燃燒，但事實并非如此。此外，汽油是石油中低碳的成份，而柴油相對是高碳成分，所以汽油粘度小，易揮發(fā)，柴油粘度高，汽化溫度高。由于汽油和柴油兩種燃料的理化特性和燃燒特性不同，內(nèi)燃機分為火花點燃式內(nèi)燃機（汽油機）和壓燃式內(nèi)燃機（柴油機），因此，傳統(tǒng)汽油機和柴油機工作原理并不完全相同。汽油機屬于預混合均質(zhì)燃燒，借助電火花點燃。由于汽油特性和爆震等諸多因素的限制，汽油機只能采用較低的壓縮比，使熱效率比柴油機低得多。為了控制排放，絕大多數(shù)汽油機都采用三元后處理器，需要將當量比

5、控制為1,即進氣中的氧氣量正好是噴人的汽油完全燃燒反應理論當量。所以汽油機工況調(diào)節(jié)實質(zhì)上是對進氣量的調(diào)節(jié)，需要用節(jié)氣門控制進氣量，人們所說的油門對于汽油機實際上是進氣節(jié)氣門，是控制進氣量的，發(fā)動機電控單元（ECU）會根據(jù)進氣量計算出需要噴人多少燃油。在部分負荷工況，進氣的空氣量較小，此時進氣過程中缸內(nèi)的壓力低于大氣壓力，產(chǎn)生所謂的泵氣損失，從而導致汽油機熱效率比柴油機低。綜合上述因素，汽油機的燃料利用率比柴油機低20%—30%,這就是傳統(tǒng)汽油機難以克服的燃料利用率極限。1柴油機是依靠發(fā)動機活塞壓縮到接近上止點時的高溫使混合氣自燃著

6、火，屬于燃料噴霧擴散燃燒，即燃燒過程中大部分燃料是一邊與空氣混合一邊燃燒，燃燒過程主耍依賴于燃油與空氣的混合過程。由于噴霧與空氣的混合吋間很短，燃料與空氣的混合嚴重不均勻，導致缸內(nèi)燃燒過程中溫度與濃度分布極為不均勻，形成了高溫火焰區(qū)和高溫過濃區(qū)。在高溫富氧區(qū)域產(chǎn)生大量的NOx排放，在高溫過濃區(qū)，由于缺氧又生成大量碳煙。由于柴油機非均質(zhì)燃燒的固冇性質(zhì)，使柴油機存在碳煙和NOx排放的最低極限。提高汽油機熱效率，降低柴油機碳煙和NOx排放一直都是內(nèi)燃機燃燒技術(shù)研究的熱點。多年來，人們試圖想結(jié)合柴油機和汽油機的優(yōu)點來解決上述問題，即柴油機

7、的燃燒盡可能采用預混合稀燃燃燒（降低碳煙和NOx）,而汽油機采用柴油機的壓燃燃燒方式（提高壓縮比）。實際上目前很多的先進內(nèi)燃機燃燒技術(shù)都是向這一方向努力，如汽油機缸內(nèi)直噴方式、柴油機通過電控噴油實現(xiàn)預噴燃油等。20世紀｝o年代未報道了基于這一概念一均質(zhì)壓燃，即實現(xiàn)均勻混合氣、壓縮自燃著火的燃燒。但由丁當時內(nèi)燃機電控技術(shù)剛剛發(fā)展，控制技術(shù)很難實現(xiàn)這一燃燒方式的有效控制，因此近20年內(nèi)并沒有得到發(fā)展。20世紀90年代末和21世紀初，隨著控制技術(shù)的發(fā)展和汽車內(nèi)燃機排放法規(guī)的日益嚴格，國際上學術(shù)界和工業(yè)界開始高度重視這一燃燒技術(shù)，認為是未

8、來內(nèi)燃機的燃燒替代技術(shù)，各國政府和跨國公司拆巨資開展相關(guān)的研究，以“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”燃燒技術(shù)為代表的先進內(nèi)燃機技術(shù)進人了新一輪的國際競賽。均質(zhì)壓燃燃燒技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)點燃式發(fā)動機（汽油機）與壓燃式發(fā)動機（柴油機）的優(yōu)點，采用預混合均質(zhì)混合氣、壓縮