大有前途但艱難的均質(zhì)燃燒技術(shù)

1、大有前途但艱難的均質(zhì)燃燒技術(shù)大有前途但艱難的均質(zhì)燃燒技術(shù)自從有了汽車，工程師們就一直在努力設(shè)計(jì)功率強(qiáng)大的、節(jié)油和低排放的發(fā)動(dòng)機(jī)。無論是CCS系統(tǒng)，還是HCCI系統(tǒng)，其共同特點(diǎn)就是均質(zhì)燃燒——一種大有前途但非常艱難的技術(shù)解決方案。圖1縮寫“HCCI”表示的是均質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師們堅(jiān)信：早晚有一天柴油機(jī)和汽油機(jī)會(huì)合二為一，出現(xiàn)一種具有這兩種內(nèi)燃機(jī)各自優(yōu)點(diǎn)的新型內(nèi)燃機(jī)。通用公司和歐寶公司（他們把這種發(fā)動(dòng)機(jī)稱之為HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)）仍然以汽

2、油機(jī)的研發(fā)為主，戴姆勒公司（汽柴油機(jī)）和大眾公司（CCS發(fā)動(dòng)機(jī)）則是“兩條腿走路”，即改進(jìn)柴油機(jī)性能的同時(shí)也在努力改進(jìn)汽油機(jī)的性能。汽油機(jī)的均質(zhì)燃燒技術(shù)汽油機(jī)的均質(zhì)燃燒技術(shù)改善汽油機(jī)的最初目標(biāo)是使汽油和空氣形成的混合氣盡可能均勻，但在壓縮和點(diǎn)火時(shí)要求的還是均質(zhì)性。由于在燃燒室中的點(diǎn)火源是一個(gè)點(diǎn)式的點(diǎn)火點(diǎn)，因此不可能同時(shí)點(diǎn)燃全部油氣混合氣。火焰的焰峰到達(dá)氣缸壁需要一段時(shí)間因此由自燃的混合氣產(chǎn)生的壓力波傳遞到燃燒室遠(yuǎn)處的氣缸壁時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)就開

3、始“敲缸”了。圖3戴姆勒公司的汽柴油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)：由汽油機(jī)和柴油機(jī)相結(jié)合而產(chǎn)生出來的一個(gè)新的內(nèi)燃機(jī)品種值得一提的是：今天的均質(zhì)燃燒汽油機(jī)已經(jīng)能夠完全正常運(yùn)行，駕駛員感覺不到汽車何時(shí)在壓燃工況下行駛，何時(shí)在傳統(tǒng)的汽油機(jī)工況下行駛。汽油機(jī)傳統(tǒng)的點(diǎn)火工況是必須保存的，以便不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。在汽油機(jī)油氣混合氣壓燃工作范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)是在“稀混合氣”條件下工作的。在這一工況下不會(huì)再出現(xiàn)未燃燒盡的NOx因此它不再需要NOx存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化器了。但在傳統(tǒng)的

4、汽油機(jī)工作范圍內(nèi)，仍然有必要使用三元催化轉(zhuǎn)化器。它同時(shí)也當(dāng)作氧化還原催化器使用，用于減少CO和NOx的排放。這兩種有害物質(zhì)在汽油機(jī)壓燃工況下會(huì)增加。目前汽油機(jī)壓燃技術(shù)的進(jìn)展是：在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)負(fù)荷區(qū)域一半的范圍內(nèi)可以采用壓燃技術(shù)。歐寶的壓燃式汽油機(jī)在轉(zhuǎn)速4000rmin即達(dá)到了壓燃的最高轉(zhuǎn)速，而大眾的汽油機(jī)則可在更高的轉(zhuǎn)速時(shí)仍然不使用火花塞。但是隨著汽油機(jī)壓燃技術(shù)的發(fā)展，這些不同點(diǎn)可能會(huì)變得模糊。三種汽油機(jī)的壓燃技術(shù)都還沒有達(dá)到批量生產(chǎn)的程

5、度，三家生產(chǎn)廠都在努力擴(kuò)大壓燃的工作范圍。柴油機(jī)的均質(zhì)燃燒技術(shù)柴油機(jī)的均質(zhì)燃燒技術(shù)從誕生開始，柴油機(jī)就是一種稀混合氣燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。在今天的柴油機(jī)中，柴油經(jīng)5～8個(gè)噴油孔噴射到燃燒室內(nèi)，在燃燒室中形成熾熱的油霧。這些熾熱的油霧是產(chǎn)生NOx的溫床，而油霧中的“濃混合氣”區(qū)是廢氣有害顆粒的主要產(chǎn)地。而石油基燃料中高沸點(diǎn)的芳香族物質(zhì)成分也加劇了有害顆粒的形成。生物柴油BTL和石油液化氣GTL燃料則能夠產(chǎn)生較少的有害顆粒，費(fèi)托合成柴油有著很高的質(zhì)

6、量，燃燒后所產(chǎn)生的有害顆粒也很少。遺憾的是，這種柴油的產(chǎn)量很低，但它是大面積推廣柴油均質(zhì)燃燒的基礎(chǔ)和前提。為了使柴油提前實(shí)現(xiàn)“均質(zhì)化”，人們采用了與汽油機(jī)相同的均質(zhì)化技術(shù)措施。在均質(zhì)燃燒區(qū)域中，即在上止點(diǎn)前約30時(shí)向燃燒室中噴入少量的柴油。這些柴油在燃燒室中揮發(fā)、壓燃，與吸入的空氣均勻地混合在一起。在稍微超過上止點(diǎn)時(shí)，這些混合氣燃燒、做功。與汽油機(jī)一樣，柴油機(jī)也是在部分負(fù)荷特性區(qū)域中均質(zhì)燃燒的。只有在整個(gè)負(fù)荷特性區(qū)域柴油機(jī)都能實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃