發(fā)動機燃燒技術

一、概述內燃機的發(fā)展已經有一百多年的歷史，自從1876年奧托發(fā)明的第一臺火花點火式發(fā)動機和1892年迪塞爾發(fā)明第一臺壓燃式發(fā)動機以來，由于具有較高的熱效率、比功率和可靠性，內燃機成為了最主要、最理想的船用、工程機械以及車用動力。美國機械協(xié)會認為汽車是20世紀唯一的也是最重要的工程界的成就。在可以預見的未來，發(fā)動機仍然是汽車、機車、輪船、農用機械和工程機械等移動裝置的動力源。然而隨著世界經濟的高速發(fā)展，促使內燃機的保有量迅速增加，這樣能源消耗以及環(huán)境污染問題就日益嚴重，相應地對內燃機提出了新的技術要求。其中提高內燃機燃油經濟性一直是該領域研究工作者所追求的。同時保護環(huán)境的呼聲日益提高，如何降低內燃機的有害排放物，是大家共同關心重視的課題。一方面，通過機內凈化技術，如柴油機采用電控高壓共軌噴射技術，并結合燃燒系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)的優(yōu)化改進，使得整機的排放性能得到極大的改善；另一方面，機外凈化技術，將各種污染物的排放量控制在非常低的水平。而內燃機的燃燒技術是改善內燃機動力特性、經濟性和排放性的本質和關鍵技術，當很多研究者對內燃機的燃燒技術進行了研究，為提供內燃機動力特性，降低排放量提供了技術支持。二、內燃機燃燒技術介紹首先是壓燃式柴油機燃燒技術，柴油機是典型的壓燃式發(fā)動機，通過缸內壓縮混合氣體到一定壓力與溫度，使得混合氣體自燃，其中預混燃燒量越多，初始放熱率峰值越高，相應地燃燒最高溫度就越高，氮氧化物的排放量就增加，其后接著進行擴散燃燒，燃油與空氣邊混合邊燃燒。因此，傳統(tǒng)柴油機需要較高的噴射壓力，以及適當的空氣渦流強度，保證擴散燃燒充分完成，以便降低排氣煙度。這種燃燒方式的有點是很明顯的，首先是熱效率高、燃油經濟性好，由于可以采用較高的壓縮比，因此熱效率比較高，經濟性好。但是其缺點也是很明確的，首先是其振動噪聲大，由于在上止點前的第一階段非均質預混合燃燒會引起較高的壓力升高率，因此該種燃燒方式的振動噪音比汽油機的要大，其次，其氮氧化物的排放量變高，預混合燃燒會引起較高的燃燒溫度，且燃燒室的空氣比較富裕，因此，氮氧化物的排放會較高，而且由于擴散燃燒的存在可能使得混合氣燃燒不完全，從而使得引起的顆粒物排放比汽油機要高。其次，是點燃式發(fā)動機，這種形式的發(fā)動機主要應用于汽油機上，這種燃燒方式與柴油機相比，汽油機屬于典型的預混燃燒，這種燃燒方式有很多的優(yōu)點，比如說，工作運轉平穩(wěn)，其在進氣行程中燃油就噴入進氣管，遮掩燃油與空氣有足夠的時間在著火前進行充分地混合，形成基本均勻的可燃混合氣，因此汽油機工作比柴油機要來的平穩(wěn)，并且其振動噪聲也要比柴油機小很多。更值得一提的是，在如今環(huán)境保護的大趨勢與政策下，汽油機的燃燒方式中氮氧化物與顆粒物的排放比柴油機低很多，因為基本均勻的預混燃燒，顆粒物的排放比較低。由于較低的燃燒溫度，使得氮氧化物的排放也是比柴油機要低很多的。三、內燃機燃燒技術的發(fā)展由于人類的大規(guī)?；顒铀斐赡茉磁c環(huán)境的巨大問題，促使全球的能源與環(huán)境工作者們開始研究新的技術來滿足在新的時期的能源與環(huán)境的要求，內燃機領域也不例外，全球的內燃機工作者正在努力探索新的技術以滿足新的世紀的能源與環(huán)境的新的發(fā)展與要求。目前的具有代表性的柴油機的電控高壓共軌噴射技術、汽油機的缸內直噴技術、進氣道噴射技術如此等等的技術日新月異，大放異彩。首先，我們要介紹的就是柴油機的高壓共軌噴射技術，詳細介紹如下，電控高壓共軌系統(tǒng)由高壓泵、軌、噴油器、控制電磁閥、各類傳感器、電控單元所組成。燃油經過高壓泵增壓后送到軌道內，再由軌道通過高壓油管送到噴油器。在噴油器上安裝控制噴油時間、噴油量的電磁閥，該電磁閥的動作有電控單元根據各個傳感器的反饋信號來進行控制。近幾年來發(fā)展起來的柴油機高壓共軌噴射技術，由于其噴射壓力不隨負荷、轉速而變動，在低轉速低負荷的時候仍能夠維持較高的噴射壓力，因此使得柴油機性能得到大幅度的提高。特別是結合電控技術以后，能夠實現(xiàn)靈活的預噴，滿足較高的排放性能要求。其次，我們要介紹的是汽油機缸內直噴技術，由于傳統(tǒng)汽油機與柴油機相比較存在節(jié)氣門，使得泵氣損失增加，機械效率降低。為了克服上述缺點，開始了缸內直噴技術的研究。由于燃油噴射不在進氣管而與柴油機一樣改在汽缸內直接噴射，因此缸內直噴的汽油機有如下的幾個優(yōu)點：首先是發(fā)動機的燃油經濟性得到重大提高，特別是部分負荷的經濟性可改善較多；第二點是其瞬態(tài)工況改善，可以降低對加速加濃的要求；最后一點是二氧化碳與碳氫化合物的排放指標能夠得到改善。不僅僅是內燃機的燃燒技術得到了巨大的變化與發(fā)展，并且內燃機的燃燒技術的新的理論也得到了巨大的發(fā)展。如近些年來發(fā)展出的均質混合燃燒、預混合稀薄燃燒、MK燃燒以及均質沖量柴油燃燒等等先進的燃燒技術。四、內燃機燃燒技術總結與展望全球內燃機工作者為了改善內燃機的燃油經濟性以及排放性能，正在嘗試一種將壓燃式與點燃式發(fā)動機的有點結合在一起的一種燃燒方式。其中預混燃燒方式近些年來成為了研究熱點之一，如果對此種方式與技術進行深入地研究，則有望在極大程度上解決內燃機排放的難題。盡管前途是光明的，但是道路是曲折的，要解決內燃機燃燒與排放問題，在實際應用中還有很長的一段路途要走，在工程應用中也有很多問題亟待解決，如最高燃燒壓力過高，預混氣體制備方式與質量問題，預混燃燒的適應性問題等等很多問題。雖然有很多問題擺在所有內燃機燃燒技術的工作者面前，但是只要我們迎難而上，不畏困難，這些技術上的難題終究會被我們所克服的，從而迎來內燃機燃燒技術的突飛猛進的變革與發(fā)展。參考