柴油機低溫燃燒的研究進展A、研究背景B、實現(xiàn)方式C、最新研究進展D、結(jié)論背景

眾所周知，由于柴油機NOx和碳煙排放存在“此消彼長”關(guān)系的緣故，同時降低這兩種排放物非常困難。因此，為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī),柴油機需要一種有效的技術(shù)途徑同時降低NOx和碳煙排放。柴油機低溫燃燒模式有可能成為解決這一難題的有效手段。

(2)柴油機濃混合氣無煙燃燒柴油機濃混合氣無煙燃燒技術(shù)(SmokelessRichDieselCombustion)由豐田公司開發(fā)。濃混合氣無煙燃燒式柴油機擁有與傳統(tǒng)直噴式柴油機相同的熱效率,然而它的NOx和碳煙排放卻低很多。(3)MK燃燒Kimura發(fā)現(xiàn)使用大量的EGR、高渦流比和推遲噴油可以同時降低NOx和碳煙排放，這種燃燒方式叫做“ModulatedKinetics”燃燒。大量的EGR導(dǎo)致著火延遲期延長，保證了油氣在著火前更加充分地混合。(4)傘噴燃燒傘噴燃燒系統(tǒng)在八十年代初，大連理工大學(xué)胡國棟教授從改善柴油機燃燒與排放的角度出發(fā)，提出柴油機燃燒汽油機化、逐步實現(xiàn)近似等壓燃燒的思想，并由這一思想發(fā)展為熱預(yù)混合燃燒的理論，然后根據(jù)這一理論設(shè)計了傘噴燃燒系統(tǒng)。

(5)部分預(yù)混合燃燒部分預(yù)混合燃燒是通過燃油部分預(yù)混合來減少燃燒中擴散部分的比例。

張全長等人為了研究低溫燃燒機理的極端情況，即廢氣中不含比熱容較小的N2，通過向進氣管噴入CO2氣體控制進氣氧濃度、改變噴油量、噴油時刻、噴油壓力等，研究了進氣氧濃度對柴油機燃燒和排放特性的影響.結(jié)果表明，綜合性能和排放，噴油提前角應(yīng)不小于20°CA，此時NOx和碳煙排放較低，且可保持較高的熱效率。楊德勝等在一臺經(jīng)過改造的單缸135柴油機上進行了降低壓縮比、燃用柴油——乙醇混合燃料和推遲供油的試驗研究，來驗證TR燃燒系統(tǒng)降低發(fā)動機排放、實現(xiàn)低溫預(yù)混合燃燒的能力。結(jié)果表明，壓縮比降低后，著火推遲，最大放熱率增加，缸內(nèi)最高壓力和最高溫度降低，NO排放也降低。但是中高負(fù)荷時燃燒速率降低，有效油耗率增加。

2、柴油機低溫燃燒模式的研究現(xiàn)狀

喬信起等人對傘噴燃燒進行了探索，研究了單缸柴油機噴嘴端伸出量、噴孔參數(shù)、啟噴壓力、供油提前角、燃燒室結(jié)構(gòu)和工況對傘簾噴霧燃燒系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明，噴嘴端伸出量明顯影響燃油消耗率和煙度，最佳噴嘴端伸出量隨噴孔錐角同向變化；啟噴壓力、供油提前角、中心噴孔直徑和燃燒室凸緣高度存在最佳值；傘簾噴霧燃燒系統(tǒng)的最佳供油提前角比傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)小得多；在低負(fù)荷下，噴嘴帶中心噴孔時的煙度稍高些，但燃油消耗率不惡化。另外，他們用數(shù)值分析方法研究柴油機傘簾噴霧燃燒系統(tǒng)中的空氣運動規(guī)律，探討了缸內(nèi)流場的演變過程、渦流與擠流的相互作用和燃燒室結(jié)構(gòu)的影響，并比較了該燃燒系統(tǒng)與原機燃燒系統(tǒng)中的流場。計算結(jié)果表明，在上止點前較大的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，縱剖面流場結(jié)構(gòu)相似。C.Noehre等人對部分預(yù)混合燃燒的特征進行了研究。發(fā)現(xiàn)，較高的進氣壓力可以拓展部分預(yù)混燃燒的范圍；并且可以使用更大量的EGR使燃燒溫度達到更低，從而進一步降低碳煙排放。研究發(fā)現(xiàn)NOx排放水平以排放指數(shù)形式(EmissionIndex)表示，它的定義為劉海峰等人在一臺改裝的4缸直噴柴油機上進行燃料特性對均質(zhì)壓燃(HCCI)燃燒和工況范圍影響的試驗研究。結(jié)果表明：燃料特性對HCCI燃燒過程的影響依賴于發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件。D.Choi等人對進氣溫度、噴射壓力和渦流比等參數(shù)對低溫燃燒的燃燒過程和碳煙生成進行了研究。結(jié)果表明，升高的噴射壓力可以促進早期混合氣的形成，降低碳煙輝度，并且提升放熱率的峰值。許鋒等人使用自制在線乳化裝置，在單缸135型試驗機上進行了在線乳化臺架試驗，研究表明；在線乳化具有與乳化柴油方式的同樣效果，并且可獲得燃油耗率、NOx和碳煙排放同時降低的綜合性能。L.Pickett對柴油的混合速率控制燃燒特性進行了研究。通過改變進氣中的氧氣濃度和采用稀薄燃燒,絕熱火焰溫度可以降至1500K~1600K的水平,同時保持較高的燃燒效率。這一絕熱火焰溫度與HCCI燃燒的情況相似。3柴油機低溫燃燒的總結(jié)與展望綜上所述，低溫燃燒模式是現(xiàn)階段同時降低柴油機碳煙和NOx生成的一種很有潛力的策略。通過優(yōu)化EGR率、噴油時刻、壓縮比、進氣溫度、進氣壓力、噴射壓力和渦流比等參數(shù)，柴油機的燃燒路徑可以完全避開NOx和碳煙的生成區(qū)域,從而達到清潔燃燒的目的，如HCCI燃燒、混合氣