柴油發(fā)動機新技術(shù)論文

時間：2017-01-04 16:09:23 家文952由分享

　　柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。學習啦小編為大家整理的柴油發(fā)動機新技術(shù)論文，希望你們喜歡。

　　柴油發(fā)動機新技術(shù)論文篇一

　　柴油發(fā)動機燃燒技術(shù)及汽車新能源

　　摘要：汽車無疑是21世紀發(fā)展最為迅速，對人類影響最大的機械。近幾十年來，面對地球能源的日益短缺和環(huán)境保護的嚴重形勢，人們對車用發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性更加重視，節(jié)能減排受到廣泛關(guān)注。本文針對近年來柴油發(fā)動機燃燒技術(shù)以及其他汽車替代燃料的新能源開發(fā)應用進行了介紹和評論。最后對柴油發(fā)動機燃燒新技術(shù)的今后發(fā)展進行了展望，指出了汽車科技在21世紀的發(fā)展方向，即改善燃燒技術(shù)并且研發(fā)應用新能源。

　　關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動機燃燒技術(shù) 燃料新能源

　　0 引言

　　隨著機動車保有量的迅速增加，全球石油能源臨近枯竭。同時，排放法規(guī)日益嚴格，要求大幅降低汽車尾氣中NOx和PM等排放。因此，燃油的經(jīng)濟性、節(jié)能減排受到廣泛關(guān)注。改善燃燒技術(shù)，研發(fā)汽車新能源漸漸成為一項重要的課題。

　　汽車的動力來源于發(fā)動機氣缸內(nèi)燃料燃燒所放出的熱能。傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機根據(jù)所用燃料種類區(qū)分，可分為柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機。近年來，由于世界能源短缺和環(huán)保低碳的要求，人們開始開發(fā)新型清潔燃料，如甲醇、乙醇、液化石油氣(LPG)、壓縮天然氣(CNG)等。現(xiàn)在又大力開發(fā)混合動力汽車、電池電動汽車、電容電動汽車和太陽能汽車等。

　　1 柴油發(fā)動機燃燒技術(shù)

　　柴油機汽車因壓縮比高，燃油消耗平均比汽油機汽車低30%左右，所以燃油經(jīng)濟性較好、熱效率較高。但是傳統(tǒng)的柴油機燃燒過程，是采用高壓噴射將燃油噴入氣缸，形成混合氣，并借缸空氣的高溫自行發(fā)火燃燒。如果燃燒不充分，極易產(chǎn)生NOx 、PM。隨著排放標準的提高，政府對節(jié)約能源與減少排放日益重視。為達到排放法規(guī)和降低油耗的要求，應該加強新的燃燒方式的探索，開發(fā)出高性能低成本的先進柴油機。近些年應運而生的先進的燃燒技術(shù)有：均質(zhì)充量壓縮點燃(HCCI)和低溫燃燒(LTC)等。他們與傳統(tǒng)的燃燒模式相比有很多自身的優(yōu)勢，有足夠的提高效率和降低排放的潛力，但還需要進一步的深入討論和完善。

　　1.1 均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒

　　自20世紀70年代末，均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒這一新概念被報道，國際上學術(shù)界和工業(yè)界一直高度重視這一燃燒技術(shù)，是世界內(nèi)燃機燃燒研究領(lǐng)域中的熱點之一。

　　均質(zhì)充量壓縮著火燃燒，就是柴油機在著火前像汽油機那樣形成均質(zhì)混合氣，消除擴散燃燒，采用較高壓縮比，壓縮可控著火，實現(xiàn)近似等壓燃燒;同時要具有良好的化學反應動力學效應，實現(xiàn)低溫火焰快速燃燒，燃燒持續(xù)期短，燃燒效率高，可以同時保持較高的動力性和燃油經(jīng)濟性，達到高效、低污染的目標。與傳統(tǒng)的點燃式發(fā)動機相比，它取消了節(jié)氣門，泵氣損失小，混合氣多點同時著火，燃燒持續(xù)期短，可以得到與壓燃式發(fā)動機相當?shù)妮^高的熱效率;與傳統(tǒng)柴油機相比，由于混合氣是均質(zhì)的，有效的解決了傳統(tǒng)均質(zhì)稀混合氣燃燒速度慢的缺點，燃燒反應幾乎是同步進行，沒有火焰前鋒面，燃燒火焰溫度低，可以同時降低NOx 和PM排放。另外，實施HCCI燃燒模式可以簡化發(fā)動機燃燒系統(tǒng)和噴油系統(tǒng)的設(shè)計。因為HCCI燃燒的著火和燃燒速率只受燃料氧化反應的化學反應動力學控制，受缸內(nèi)流場影響較小，同時均質(zhì)預混的混合氣組織也比較簡單。HCCI的優(yōu)點還包括它的燃料靈活性高，它能使用包括汽油、柴油、天然氣、液化石油氣(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚以及混合燃料等多種燃料。

　　HCCI這一燃燒方式具有重要的理論意義和廣闊的應用前景。目前已在化學反應動力學機理、燃燒控制、負荷拓展等多個方面有了很大的進步。不過，業(yè)內(nèi)多數(shù)研究機構(gòu)認為該技術(shù)成熟至少應在2015年后，要想實用化在還技術(shù)上還存在很多弊端。這些弊端主要包括：均質(zhì)混合氣的制備;CO和HC排放的降低;低負荷下的燃燒不穩(wěn)定和失火;高負荷下的燃燒粗暴;著火相位和燃燒速率的控制等。

　　1.2 低溫擴散燃燒

　　對于柴油機來說，燃燒技術(shù)的關(guān)鍵是同時降低微粒和 NOx 排放，基本思想是加速燃油與空氣混合，盡量燃燒“均勻”混合氣，同時還需要降低燃燒溫度，實現(xiàn)“低溫”燃燒。柴油機低溫燃燒，就是控制缸內(nèi)燃燒溫度低于NOx和碳煙的生成溫度，從而有效降低NOx和碳煙排放。均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒屬于低溫燃燒，另一種低溫燃燒技術(shù)是低溫擴散燃燒。

　　與均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒不同，低溫擴散燃燒的著火仍是由燃油噴射來控制。著火時，缸內(nèi)存在燃空當量比大于1的區(qū)域，因此也就存在擴散火焰，燃燒速率受控于燃油空氣混合速率，其較低的燃燒溫度是通過采用相當大的冷卻EGR率、低壓縮比以及推遲噴射定時等措施來實現(xiàn)的。

　　1.3 富氧燃燒技術(shù)

　　發(fā)動機氣缸內(nèi)燃料的燃燒是靠空氣中的氧氣來助燃的，因此改善發(fā)動機燃燒技術(shù)可以從進入發(fā)動機氣缸助燃的空氣入手。發(fā)動機富氧燃燒就是用比通常空氣(含氧21%)含氧濃度高的富氧空氣為發(fā)動機進氣的燃燒。富氧燃燒可增加發(fā)動機的功率密度，提高柴油機的動力性和經(jīng)濟性，降低碳煙、CO和HC的排放，它是一項高效節(jié)能的燃燒技術(shù)。

　　早在 20世紀60年代末Karim等就已經(jīng)開始了對柴油機富氧進氣燃燒的研究[2]。我國于80年代中期開始富氧技術(shù)的研究。從20世紀90年代開始，通過研究人員的大量研究，富氧燃燒技術(shù)取得了一系列實質(zhì)性進展。

　　由于富氧燃燒提高了柴油機的燃燒速率，優(yōu)化了燃燒過程，提高了燃料能量釋放率，所以使柴油機具有更好的動力性和經(jīng)濟性。富氧燃燒降低了碳煙、CO和HC的排放，卻增加了NO的排放。近年來研究人員提出了更為先進的燃燒技術(shù)――膜法富氧燃燒，膜法富氧技術(shù)其基本原理主要是擴散和溶解，利用供應的氣體分離膜兩邊的壓力差以及各氣體組分對于特定高分子膜的相對通過率不一樣，而實現(xiàn)滲透和分離，獲得某種高濃度氣體[3]。

　　對于柴油發(fā)動機來說，膜法富氧不但可以提高發(fā)動機動力性能，最重要的是能夠降低NOx和碳煙，達到降低排放的目的。膜法富氧技術(shù)被稱為“資源的創(chuàng)造性技術(shù)”。　　1.4 當量比燃燒

　　最近幾年，為了適應更加苛刻的環(huán)保法規(guī)，柴油機產(chǎn)品上都使用了尾氣后處理器，使柴油機的成本增加，也降低了可靠性。為降低后處理成本，Reitz等人[4]-[6]開展了柴油機當量比燃燒的研究，以便使用三元催化器。在一臺單缸機上進行了試驗。研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，柴油機當量比燃燒可以實現(xiàn)極低的NOx和碳煙排放，二者都在0.2g/(kWh)以下。柴油機當量比燃燒研究的開展是最近幾年才開始的，已經(jīng)顯示出很好的低NOX和PM排放性能。如果能夠改善經(jīng)濟性，當量比燃燒在柴油機上的應用獎充滿期望。

　　2 汽車新能源

　　隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，柴油、汽油等燃料的需求也越來越大，導致的最直接的后果就是石油日益枯竭，柴油、汽油等價格上漲。同時汽車尾氣污染也日趨嚴重，在不可再生能源的日益枯竭和價格的不斷上漲以及環(huán)保要求的雙重壓力下，尋找新能源將是今后汽車行業(yè)的主要任務(wù)。

　　2.1 燃氣汽車

　　燃氣汽車主要有液化石油氣汽車和壓縮天然氣汽車。燃氣汽車由于其排放性能好，運行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠，被世界各國公認為當前最理想的替代品。天然氣作為一種儲量豐富干凈可靠的清潔燃料，兼?zhèn)淦筒裼偷膬?yōu)點，具有抗爆性好、自燃溫度高、排放特性好等特點，非常適合作為內(nèi)燃機的代用燃料使用。與柴油相比，顆粒物和NOx排放非常少，而與汽油相比，HC、NOx和CO2排放較少。因此，加強對燃氣汽車的研究，對緩解石油能源危機，改善環(huán)境具有重要意義，對于保障國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展也具有重大的戰(zhàn)略意義。

　　2.2 電動汽車

　　電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。電動汽車最大的優(yōu)點是只要有電力供應的地方都能夠充電。但是蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動車的電池較貴，又沒形成經(jīng)濟規(guī)模，故購買價格較貴。目前電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鎳鎘電池、鈉硫電池、燃料電池、鋰電池、飛輪電池等，這些新型電源的應用對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術(shù)尚不成熟。

　　2.3 混合動力汽車

　　混合動力是指在原有的汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機基礎(chǔ)上，同時配以電動機來改善低速動力輸出和燃油消耗的車型?；旌蟿恿χ饕园l(fā)動機驅(qū)動行駛，利用電動馬達所具有的再啟動時產(chǎn)生強大動力的特征，在汽車起步、加速等發(fā)動機燃油消耗較大時，用電動馬達輔助驅(qū)動的方式來降低發(fā)動機的油耗?；旌蟿恿ζ囎畲蟮膬?yōu)點就是“零”排放，而且采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率。

　　2.4 甲醇HCCI燃燒

　　均質(zhì)壓燃的燃燒方式本身具有熱效率高、NOx 排放低和幾乎零PM排放的優(yōu)點。甲醇來源廣泛，著火界限寬，其氣化速度快和易于形成混合氣的特點，能更好地適應HCCI稀薄燃燒及分布式多點著火的工作方式。具有較高的抗爆性能，可以提高發(fā)動機的壓縮比和熱效率。將HCCI燃燒技術(shù)運用到甲醇車用發(fā)機上可滿足節(jié)能減排的要求，但是目前還未能滿足實際運用的要求，如對甲醇發(fā)動機HCCI燃燒過程的進行控制、拓展其負荷范圍的方法等。

　　由此可見，汽車科技在21世紀的發(fā)展方向就是改善燃燒技術(shù)并且研發(fā)應用新能源。在大力改善燃燒技術(shù)的同時，積極降低替代燃料的生產(chǎn)成本、使用價格，使新能源發(fā)展為汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來光明的前景。

　　參考文獻：

　　[1]Karim G A.Ward G.The examination of the cnmhustion processes in a compression-ignition engine by changing the partial pressure of oxygen in the intake charge[C].SAE Paper 680767.

　　[2]李勝琴，關(guān)強，張文會等.汽油發(fā)動機富氧燃燒分析[J].內(nèi)燃機，2007(1)：51-52.

　　[3]SangsukLee，ManuelA.GonzalezD.andRolfD.Re-itz.Stoichi-ometriccombustioninaHSDIdieselenginetoallowuseofathree-wayexhaustcatalyst[C].SAE Paper 2006-01-1148.

　　[4]Lee，S.，GonzalezD.，M.A.，Reitz，R.D.Effectsofengineoperatingparametersonnearstoichiometricdieselcombustioncharacteristics[C].SAE Paper 2007-01-0121.

　　[5]Chase，S.，Nevin，R.，Winsor，R.，Baumgard，K.，StoichiometricCompressionIgnition(SCI)Engine[C].SAE Paper2007-01-4224.

　　[6]黃喜鳴.淺談汽油機稀燃層燃技術(shù)[J].裝備制造技術(shù)，2006(4)：174-175.

　　柴油發(fā)動機新技術(shù)論文篇二

　　現(xiàn)代柴油發(fā)動機節(jié)能減排新技術(shù)

　　摘要：文章主要對傳統(tǒng)柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機的優(yōu)缺點、現(xiàn)狀及存在的問題進行了分析和闡述，從高壓電控共軌技術(shù)、冷卻式EGR技術(shù)等幾方面介紹了現(xiàn)代柴油機為了更好地適應社會發(fā)展所采用的一系列節(jié)能減排的新技術(shù)，以提高柴油機的綜合性能。

　　關(guān)鍵詞：柴油機;節(jié)能減排;冷卻式EGR技術(shù);高壓電控共軌技術(shù)

　　中圖分類號：U464 　　　文獻標識碼：A 　　　　文章編號：1009-2374(2012)20-0135-03

　　近幾年來，隨著發(fā)達國家柴油轎車在全部轎車中所占份額的不斷增加，電控汽車柴油機開始異軍突起，技術(shù)也有所突破，特別是出現(xiàn)了改變傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)特征的高壓共軌系統(tǒng)，并且為了符合國際的排放標準及節(jié)能標準出現(xiàn)了各種各樣

　　的節(jié)能減排技術(shù)，使得柴油機的發(fā)展越來越好。

　　1　柴油發(fā)動機的優(yōu)缺點

　　1.1 柴油機的優(yōu)點

　　柴油機與汽油機相比，主要有三大優(yōu)點：

　　(1)扭矩大。相同排量下，柴油機力氣更大，扭矩更大。

　　(2)省油。首先柴油的能量密度含量比汽油高;其次柴油機的熱效率高。一般柴油機的油耗要比汽油機的低30%～40%。

　　(3)環(huán)保。由于柴油機的富氧燃燒，所以柴油機的CO、HC和CO2排量相對于汽油機較低。

　　1.2 柴油機存在的問題

　　柴油機的性能雖然在很多方面比汽油機更有優(yōu)勢，但是也存在著很多關(guān)鍵性的問題需要解決。

　　(1)尾氣排放問題。雖然較汽油機來說，柴油機的CO、HC和CO2排量較低，但是顆粒和NOX的排放比較難控制。

　　(2)油耗問題。雖然柴油機的油耗要比汽油機的低，但是為了實現(xiàn)社會發(fā)展的需要，進一步降低油耗也成為柴油發(fā)動機所要克服的問題之一。

　　(3)升功率問題。柴油發(fā)動機本身的質(zhì)量和體積也影響了其各方面的性能，所以為了使得柴油機進一步得到社會的認可，如何提高柴油發(fā)動機的升功率也成為了柴油機發(fā)展過程中的問題。

　　(4)比質(zhì)量問題。柴油機由于采用壓燃的方式，所以其材料要求較高，且其壓縮比較大，也使得

　　柴油機相對于汽油機在同等排量的情況下其質(zhì)量較大。

　　2　現(xiàn)代柴油機新技術(shù)

　　2.1　高壓電控共軌技術(shù)

　　高壓電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)的出現(xiàn)，基本上改變了傳統(tǒng)柴油機燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)特征。高壓電控共軌系統(tǒng)的最大特征就是燃油壓力的形成和燃油量的計量在時間上、在系統(tǒng)中的部位和功能方面都是分開的。燃油壓力的形成和燃油量的輸送基本上與噴油過程無關(guān)。根據(jù)電控單元的指令控制每個噴油器，使得每個噴油器可按所要求的精確的噴油正式從共軌中“調(diào)出”具有所要求的精確壓力和精確循環(huán)的燃油。改善了燃燒過程，提高了燃燒效率，降低了燃燒噪聲和排放。該項技術(shù)已普遍在柴油車上使用。

　　2.2 　冷卻式EGR技術(shù)

　　采用冷卻式EGR系統(tǒng)，在EGR氣體流動管上安裝冷卻裝置，當EGR氣體進入進氣管前先降低其溫度，故燃燒溫度比一般的EGR系統(tǒng)明顯降低，且因進氣密度高，進入燃燒室的氣體量多，使得燃燒更完全，故也可減少PM的排放。

　　2.3　均質(zhì)燃燒技術(shù)(HCCI)

　　在均質(zhì)燃燒方式下，柴油和空氣在燃燒開始前已充分混合，形成均質(zhì)預混合氣。混合氣被活塞壓縮并發(fā)生自燃，并呈分布均勻、稀混合的低溫、快速燃燒，從根本上消除了產(chǎn)生NOx的局部高溫區(qū)和產(chǎn)生PM的過濃混合區(qū)，從而能大大降低NOx和PM的排放。

　　2.4　NOx排放控制技術(shù)

　　(1)AR(吸附還原催化劑)。在稀燃階段將NOx吸附儲存起來，而在短暫的富燃階段，NOx釋放并被排氣中的HC還原。

　　(2)SCR催化轉(zhuǎn)化器。它是一種劑量系統(tǒng)，系統(tǒng)將還原劑(尿素)導入排氣中，混合后再經(jīng)過催化，可減少NOx的排放。

　　(3)NSCR。它是在去氮催化器中，用碳氫化合物作還原劑，將廢氣中的NO3還原。

　　(4)采用碳素纖維加載低電壓技術(shù)。碳素纖維具有催化活性，能促進廢氣中的NO與C或HC進行氧化還原反應，隨著電壓的升高，可使NOx排放明顯降低。

　　2.5　顆粒排放控制技術(shù)

　　(1)顆粒捕捉器。顆粒(PM)是柴油機尾氣主要成分之一，對人體的危害也非常大。顆粒捕捉器能夠?qū)⑽矚庵械念w粒物過濾掉，可以達到90%以上的凈化效果。

　　(2)氧化催化器。氧化催化器是利用催化器中的催化劑來降低廢氣中的HC、CO和顆粒中的可溶有機成分的活化性能，使這些成分能與廢氣中的O2在較低的溫度下發(fā)生反應，從而降低柴油機的有害物質(zhì)排放量。

　　2.6　多氣門技術(shù)

　　多氣門發(fā)動機是指每一個氣缸的氣門數(shù)目超過兩個，即兩個進氣門和一個排氣門的三氣門式;兩個進氣門和兩個排氣門的四氣門式;三個進氣門和兩個排氣門的五氣門式。氣門布置在氣缸燃燒室中心兩側(cè)傾斜的位置上，是為了盡量擴大氣門頭的直徑，加大氣流通過面積，改善換氣性能，形成一個火花塞位于中心的緊湊型燃燒室，有利于混合氣的迅速燃燒，提高柴油機的經(jīng)濟性。

　　2.7　增壓中冷技術(shù)

　　增壓就是增加進入柴油機汽缸內(nèi)的空氣密度，中冷則是將壓縮后的空氣的溫度降低。最終是提高進入氣缸內(nèi)的空氣量，能夠在不改變發(fā)動機排量的基礎(chǔ)上提高柴油機輸出功率，降低其升功率。

　　2.8　輕質(zhì)量設(shè)計技術(shù)

　　在柴油機設(shè)計上，由于輕質(zhì)量技術(shù)的應用以及材料和制造水平的提高，使得柴油機的比質(zhì)量也有所下降，由汽油機派生出來的柴油機總質(zhì)量約為汽油機的110%。

　　3　柴油機技術(shù)發(fā)展趨勢

　　從當今世界各主要汽車與發(fā)動機公司開發(fā)的新一代柴油機的技術(shù)變化看來，盡管柴油機各有特點，但大體上反映了以下發(fā)展趨勢：

　　3.1　優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少摩擦與附件功率損失，提高機械效率。柴油機的有效效率等于指示效率與機械效率的乘積，因此，柴油機的燃油消耗率也直接受到機械效率的影響，國外在致力于完善缸內(nèi)工作過程的同時，也十分重視減少摩擦損失和提高機械效率的研究。此外，以德國MTU公司為代表的可變排量技術(shù)也是一種有效手段。

　　3.2　發(fā)展各種代用燃料

　　代用燃料大多是二次能源，常用的有植物油、天然氣、醇類燃料、氫和燃料電池等。各種代用燃料一般都有降低環(huán)境污染的效果，并且都有較為可靠的來源。

　　3.3　降污的柴油添加劑

　　研究節(jié)能降污的柴油添加劑，改善燃料的燃燒性能，對已投入使用的車輛來說，是較佳的技術(shù)處理方法之一。

　　4　結(jié)語

　　先進柴油機技術(shù)的應用使柴油機的綜合性能有了極大的提高，因此柴油機在市場上的占有量正逐步提高。特別是在歐洲，柴油轎車的銷售量已占轎車總銷量的1/3以上，并且這一數(shù)字仍在不斷增長。在我國，先進技術(shù)的柴油機汽車將得到廣泛的采用。

　　參考文獻

　　[1]　何林華.車用柴油發(fā)動機的發(fā)展趨勢[J].客車技術(shù)與研究， 2004，(3).

　　[2]　李棠，李理光.柴油機HCCI燃燒的均質(zhì)混合氣制備

　　[J].汽車技術(shù)，2004，(5).

　　[3]　周玉明. 減少柴油機NOx排放的機外措施[J].柴油機，2001，(1).

　　[4]　鄧元望，朱梅林，向東.柴油機微粒排放控制方法評述