柴油發動機燃燒技術及汽車新能源

初金川，張 博

（山東華源萊動內燃機有限公司，山東 萊陽 265200）

隨著全球能源枯竭問題加劇，各國都在積極尋找應對措施，社會上有關節能減排、尋找可替代新能源和清潔能源的呼聲也越來越高，同時國家有關汽車尾氣排放的法規要求也日益嚴格，要求大幅降低汽車尾氣中有害物質的含量，所以改善燃燒技術的同時新能源的研發也被提上了各大科研機構的日程。

傳統的汽車基本上都是使用柴油或汽油作燃料的。但是近年來，由于全球變暖和世界能源的短缺的影響，人們對低碳環保的要求越來越急迫，所以人們開始開發新型清潔能源，像甲醇、乙醇、天然氣等被廣泛用于開發新燃料，而且現在隨著科技的進步又在大力開發電動汽車等新能源汽車。

1 柴油發動機燃燒技術

柴油因壓縮比高、熱效率較高，所以汽車在使用柴油時的平均油耗比使用汽油要低30%左右，由此可見柴油的經濟性還是較好的。但是傳統柴油機在使用的過程中，多用高壓噴射的方法來制備柴油混合氣，再借用氣缸的高溫使混合氣自發燃燒。但是如果柴油機里的混合氣燃燒不充分，就極易產生NOx、PM等有害物質。隨著我國排放標準的提高，政府也越來越重視柴油機的節約環保能力。相關企業為了達到政府的要求，就應該加強對新能源的研究探索，加緊開發高性能低成本的柴油機，爭取盡快在相關方面做出突破，達到引領世界潮流的目地。當然近年來像HCCI和低溫燃燒等先進燃燒技術也層出不窮，相比與傳統技術這些燃燒技術有很多傳統方式所不具備的優勢，能夠在提高燃料的燃燒效率的同時降低碳排放，所以這些技術的應用前景還是很廣闊的，值得深入研究。

1.1 均質充量壓縮著火（HCCI）燃燒

均質充量壓縮著火燃燒其實就是將柴油機設計的像汽油機那樣，使柴油在燃燒時也形成均質混合氣，使其燃燒更充分，以此消除擴散燃燒，當然此技術采用的壓縮比較高，可控著火，盡量實現近似等壓燃燒，其燃燒持續期短，燃燒效率高，既可以保持較高的動力性又可以增加燃油的經濟性，這樣就達到了節能減排的要求。HCCI節氣門已被取消，泵氣時的氣體損失比較小，可實現氣體的多點同時著火，減少了燃燒時間，但熱效率更高，又因為柴油機內的燃燒反應幾乎是同步進行的，有效降低了燃燒溫度，這樣就可以有效降低NOx和PM的產生，達到節能環保的目的。另外，如果柴油機采用HCCI燃燒模式還能達到簡化發動機結構的目的，其燃燒和噴油系統將更加的簡單，便于以后的維護和保養。HCCI的燃料選擇性更好，可使像天然氣、甲醇、乙醇等等多種清潔或可再生能源都可以作為它柴油機的燃料。

HCCI雖然在理論上的應用前景廣闊。但想實際應用中也發現了許多問題，這些問題會嚴重影響該技術的應用，像制備柴油的均質混合氣就很困難，現在就還沒有發現適用的新方法；低負荷下的燃燒也不穩定，容易損壞氣缸；著火相位和燃燒速率也難控制等等問題，所以HCCI技術想要在柴油機上大規模應用還需要一段時間。

1.2 低溫擴散燃燒

柴油機的燃燒技術關鍵就是在降低微粒和NOx排放的同時還需降低燃燒的溫度，其基本思路就是盡量使柴油與空氣混合均勻，形成“均勻”的混合氣，通過增加油氣的混合接觸面積以實現“低溫”燃燒。這樣柴油機燃燒室內的溫度會低于NOx和碳煙的生成溫度，達到減少這兩種物質的產生的目的。但是目前基本無實際應用，HCCI燃燒和低溫擴散燃燒都屬于屬于低溫燃燒技術，但是二者還是有明顯區別的，就像低溫擴散燃燒需燃油噴射來控制，而HCCI則不用。綜上就可以看出低溫擴散燃燒的實際應用還是任重而道遠。

1.3 富氧燃燒技術

早在20世紀60年代末，國外研究學者Karim就已經開始對柴油機富氧燃燒技術進行了相關的研究。我國起步較晚，相關領域的研究也較少，發動機富氧燃燒技術其實就是用比正常空氣含氧濃度高的富氧空氣為發動機進氣的燃燒，通過提高柴油機的燃燒速率，提高燃料能量釋放率，優化發動機里燃料的燃燒過程，達到減排的目的。但是富氧燃燒會增加NO的排放量，這也是一個技術漏洞。近年來研究人員對其做了改進，改進成了膜法富氧燃燒技術，該方法通過利用供應氣體分離膜兩邊的壓力差實現滲透和分離供應氣體以獲得高濃度氣體的目的。對于柴油發動機來說，膜法富氧在提高動力性能的同時，能有效降低NOx和碳煙的排放，非常符合現在節能減排的追求。

2 汽車新能源

隨著全球石油資源日益枯竭，同時環境污染也日趨嚴重，各國在能源枯竭和環保的雙重壓力下，只能不斷開發汽車新能源，以求解決全球能源問題，下面就簡單介紹幾款新能源汽車。

2.1 燃氣汽車

燃氣汽車可分為使用液化石油氣和壓縮天然氣的兩類。燃氣汽車的優點有很多，像安全、排放性能好、成本低、技術儲備足等，是當前最理想的汽車替代品。同時天然氣的儲量也很豐富并且干凈可靠又是清潔能源，其抗爆性好、自燃溫度高是很適合作為替代燃料的。燃氣與柴油相比，顆粒物和NOx排放要少很多，與汽油相比又能減少HC，NOx和CO的排放。因此，燃氣汽車的應用前景還是很廣闊的。

2.2 電動汽車

電動汽車是以車載電源為動力的車輛，現在在我國已經實現大量應用，其最大的優點就是充電自由方便，而且我國電價也很便宜，使用成本低。目前電動汽車上主要電源是鉛酸蓄電池，但鉛酸蓄電池比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，正隨著蓄電池技術的進步逐漸被其他蓄電池所取代。像鎳鍋電池、鈉硫電池、燃料電池等新型電源對環境影響相對傳統汽車要小的多，前景被廣泛看好，雖然目前技術還不成熟，但是以后會好的。

2.3 混合動力汽車

混合動力汽車現在已經有一些實際應用了，其是指在原有汽車發動機的基礎上加裝電動機來改善燃油消耗和動力輸出的車型。在汽車起步、加速等高耗油的情況下，混合動力汽車通過輔助電動馬達驅動來降低發動機油耗，達到減少油耗的目的。混合動力汽車可以達到想要的“零”排放，并且采用混合動力后可按自己需要調節內燃機的最大功率，但其造價較高，比較適合在高檔車上使用該技術。

3結語

由此可見，在21世紀的在汽車和能源領域的基本發展方向就是改善柴油發動機的燃燒技術并且研發可以進行實際應用的新能源。在相關研究單位積極改善燃燒技術的同時，還要積極的尋找可再生能源來替代化石能源，還要控制好這些新能源的生產成本和使用價格，相信當可以替代化石能源的汽車新能源發展起來的時候，世界能源短缺問題會得到有效緩解。