發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)

一、概述內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史，自從1876年奧托發(fā)明的第一臺(tái)火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)和1892年迪塞爾發(fā)明第一臺(tái)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)以來，由于具有較高的熱效率、比功率和可靠性，內(nèi)燃機(jī)成為了最主要、最理想的船用、工程機(jī)械以及車用動(dòng)力。美國(guó)機(jī)械協(xié)會(huì)認(rèn)為汽車是20世紀(jì)唯一的也是最重要的工程界的成就。在可以預(yù)見的未來，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是汽車、機(jī)車、輪船、農(nóng)用機(jī)械和工程機(jī)械等移動(dòng)裝置的動(dòng)力源。然而隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，促使內(nèi)燃機(jī)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(yán)重，相應(yīng)地對(duì)內(nèi)燃機(jī)提出了新的技術(shù)要求。其中提高內(nèi)燃機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性一直是該領(lǐng)域研究工作者所追求的。同時(shí)保護(hù)環(huán)境的呼聲日益提高，如何降低內(nèi)燃機(jī)的有害排放物，是大家共同關(guān)心重視的課題。一方面，通過機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)，如柴油機(jī)采用電控高壓共軌噴射技術(shù)，并結(jié)合燃燒系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，使得整機(jī)的排放性能得到極大的改善；另一方面，機(jī)外凈化技術(shù)，將各種污染物的排放量控制在非常低的水平。而內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)是改善內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力特性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的本質(zhì)和關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)很多研究者對(duì)內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)進(jìn)行了研究，為提供內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力特性，降低排放量提供了技術(shù)支持。二、內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)介紹首先是壓燃式柴油機(jī)燃燒技術(shù)，柴油機(jī)是典型的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，通過缸內(nèi)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(yù)混燃燒量越多，初始放熱率峰值越高，相應(yīng)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(jìn)行擴(kuò)散燃燒，燃油與空氣邊混合邊燃燒。因此，傳統(tǒng)柴油機(jī)需要較高的噴射壓力，以及適當(dāng)?shù)目諝鉁u流強(qiáng)度，保證擴(kuò)散燃燒充分完成，以便降低排氣煙度。這種燃燒方式的有點(diǎn)是很明顯的，首先是熱效率高、燃油經(jīng)濟(jì)性好，由于可以采用較高的壓縮比，因此熱效率比較高，經(jīng)濟(jì)性好。但是其缺點(diǎn)也是很明確的，首先是其振動(dòng)噪聲大，由于在上止點(diǎn)前的第一階段非均質(zhì)預(yù)混合燃燒會(huì)引起較高的壓力升高率，因此該種燃燒方式的振動(dòng)噪音比汽油機(jī)的要大，其次，其氮氧化物的排放量變高，預(yù)混合燃燒會(huì)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(huì)較高，而且由于擴(kuò)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(jī)要高。其次，是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于汽油機(jī)上，這種燃燒方式與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)屬于典型的預(yù)混燃燒，這種燃燒方式有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如說，工作運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，其在進(jìn)氣行程中燃油就噴入進(jìn)氣管，遮掩燃油與空氣有足夠的時(shí)間在著火前進(jìn)行充分地混合，形成基本均勻的可燃混合氣，因此汽油機(jī)工作比柴油機(jī)要來的平穩(wěn)，并且其振動(dòng)噪聲也要比柴油機(jī)小很多。更值得一提的是，在如今環(huán)境保護(hù)的大趨勢(shì)與政策下，汽油機(jī)的燃燒方式中氮氧化物與顆粒物的排放比柴油機(jī)低很多，因?yàn)榛揪鶆虻念A(yù)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(jī)要低很多的。三、內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)的發(fā)展由于人類的大規(guī)?；顒?dòng)所造成能源與環(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(shù)來滿足在新的時(shí)期的能源與環(huán)境的要求，內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域也不例外，全球的內(nèi)燃機(jī)工作者正在努力探索新的技術(shù)以滿足新的世紀(jì)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(jī)的電控高壓共軌噴射技術(shù)、汽油機(jī)的缸內(nèi)直噴技術(shù)、進(jìn)氣道噴射技術(shù)如此等等的技術(shù)日新月異，大放異彩。首先，我們要介紹的就是柴油機(jī)的高壓共軌噴射技術(shù)，詳細(xì)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(jīng)過高壓泵增壓后送到軌道內(nèi)，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(shí)間、噴油量的電磁閥，該電磁閥的動(dòng)作有電控單元根據(jù)各個(gè)傳感器的反饋信號(hào)來進(jìn)行控制。近幾年來發(fā)展起來的柴油機(jī)高壓共軌噴射技術(shù)，由于其噴射壓力不隨負(fù)荷、轉(zhuǎn)速而變動(dòng)，在低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷的時(shí)候仍能夠維持較高的噴射壓力，因此使得柴油機(jī)性能得到大幅度的提高。特別是結(jié)合電控技術(shù)以后，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的預(yù)噴，滿足較高的排放性能要求。其次，我們要介紹的是汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)，由于傳統(tǒng)汽油機(jī)與柴油機(jī)相比較存在節(jié)氣門，使得泵氣損失增加，機(jī)械效率降低。為了克服上述缺點(diǎn)，開始了缸內(nèi)直噴技術(shù)的研究。由于燃油噴射不在進(jìn)氣管而與柴油機(jī)一樣改在汽缸內(nèi)直接噴射，因此缸內(nèi)直噴的汽油機(jī)有如下的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性得到重大提高，特別是部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性可改善較多；第二點(diǎn)是其瞬態(tài)工況改善，可以降低對(duì)加速加濃的要求；最后一點(diǎn)是二氧化碳與碳?xì)浠衔锏呐欧胖笜?biāo)能夠得到改善。不僅僅是內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)得到了巨大的變化與發(fā)展，并且內(nèi)燃機(jī)的燃燒技術(shù)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(zhì)混合燃燒、預(yù)混合稀薄燃燒、MK燃燒以及均質(zhì)沖量柴油燃燒等等先進(jìn)的燃燒技術(shù)。四、內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)總結(jié)與展望全球內(nèi)燃機(jī)工作者為了改善內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性能，正在嘗試一種將壓燃式與點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的有點(diǎn)結(jié)合在一起的一種燃燒方式。其中預(yù)混燃燒方式近些年來成為了研究熱點(diǎn)之一，如果對(duì)此種方式與技術(shù)進(jìn)行深入地研究，則有望在極大程度上解決內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)燃燒與排放問題，在實(shí)際應(yīng)用中還有很長(zhǎng)的一段路途要走，在工程應(yīng)用中也有很多問題亟待解決，如最高燃燒壓力過高，預(yù)混氣體制備方式與質(zhì)量問題，預(yù)混燃燒的適應(yīng)性問題等等很多問題。雖然有很多問題擺在所有內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)的工作者面前，但是只要我們迎難而上，不畏困難，這些技術(shù)上的難題終究會(huì)被我們所克服的，從而迎來內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)的突飛猛進(jìn)的變革與發(fā)展。參考