淺析汽車汽油機均質壓燃技術對大氣的影響

張建成

摘 要： 在21世紀的今天，環境污染成為人類共同關注和亟待解決的問題，尤其是汽車工業。于是如何降低汽車的主要有害排放物（NOX、HC、CO、微粒等），提高人類的生活環境，成為目前汽車行業共同研究的問題。而發動機低排放燃燒技術的產生，它不僅在經濟性和排放性能方面更能滿足當代人們的需求，還減輕了汽車工業對環境污染造成的壓力，于是備受人們的關注。本文主要通過“均質壓燃”技術，探討其對降低汽油機有害物排放的原理和方法，以應對大氣污染。

關鍵詞： 均質壓燃;尾氣排放;大氣影響

汽車從其誕生至今，已經有100多年的歷史，尤其是在近幾十年來，隨著與汽車工業相配套的服務業水平的提高，汽車工業也得以飛速發展。我國的汽車工業起步較晚，隨著經濟的迅速發展，人們對汽車的需求量迅速提升。截至2017年，我國汽車年銷量已連續 8 年世界第一，汽車保有量 2 億輛，保有量占全球 20%，銷量占全球 30%。

近年來，我國大多地區出現大面積霧霾天氣，并且持續時間很長，已經對人們的生產、生活帶來嚴重影響，引起霧霾的原因很多，來源也復雜，雖然現在還不能確定汽車對于城市的污染有多大，但可以確定的是汽車尾氣排放物是其污染源之一，也是引起城市低空區域污染的來源之一。

汽車尾氣給人們的身體健康帶來了嚴重影響，像曾發生在洛杉磯的光化學煙霧事件那樣，這些危害和歷史事件引發了人們對汽車尾氣的強烈關注，這也促使各國不得不采用更高的技術，以控制汽車尾氣中主要污染物的排量。

所以汽車汽油機的低排放燃燒技術相應而生，并不斷進步和發展，總的說來主要包括汽油機的電控噴油技術及可變配氣技術、廢氣再循環技術、稀薄燃燒技術以及“均質燃燒”等技術。

本文主要針對“均質燃燒”技術進行分析，探討此項技術提高效能、減少尾氣排放對大氣的影響。

一、“均質燃燒”技術

“均質燃燒”（HCCI）是現今階段比較前沿的發動機內燃方式，這一理論是整合國內外相關專業科研人員若干年對內燃機研發的過程中形成的。HCCI是發動機內燃燒做功的全新模式，它與傳統發動機燃燒方式的區別在于，這種發動機的燃料和新鮮空氣按理想比例混合后引入氣缸，借助氣缸內部輪廓形成恰當渦流，在活塞向上壓縮均質混合氣達到一定溫度時而發生起火。

二、“均質燃燒”技術的優點

（一）熱效率高

基于燃料類型與可燃混合氣混合比及混合程度的差異，HCCI內燃機采用活塞行程的高壓縮比，為減少節流損失，在吸氣過程取消了節流裝置;燃燒期間燃燒室中均質的可燃充量幾乎同時被引燃，燃燒時間短，比較趨近理論的定容燃燒;低濃度的混合氣減少了多余的氣缸壁面熱量損耗;這些特點對發動機效率的提高都是有益的。因此HCCI內燃機的較高熱效率，是趨近甚至超越常規式內燃發動機。

（二）NOx和碳煙排放低

HCCI發動機的混合氣是通過渦流效應在進氣管內均勻混合而成，利用活塞上升縮小燃燒室體來實現混合氣溫度的同步提升，并且近乎于同時自發引燃混合氣。在維持較高熱效率的同時，于時間和空間上協同縮減排放。基于低濃度和混合程度較理想的混合氣，避免形成高混合度的混合氣，從而減少硝煙顆粒的產生，又NOX 的生成條件是高溫高壓、富氧，而均質壓燃的較低溫度和短時間的持續燃燒均不利于NOX的產生。也就是說完美的HCCI 燃燒過程中幾乎沒有NOX和碳煙的生成。

三、“均質燃燒”技術的難點

HCCI內燃機在提高熱效率，縮減NOX和硝煙生成方面優勢顯著，但其燃燒方式也體現了一些技術困難勢在解決。

（一）運行范圍的拓展

由于HCCI屬于自燃燒的過程，并沒有直接控制其著火相位的方法，當它的壓縮比等參數被確定以后，要對應特定的進氣溫度、混合氣的混合程度，因此HCCI內燃機運行范圍較小，僅能在特定的工況下平穩的運行。后來通過調整相應的參數，像進氣溫度、壓縮比以及重新引入缸內廢氣的占比等。對內燃機運行范圍產生一定的拓展作用，但幅度范圍有限，不足以達到負荷，轉速變化的多角度調控，所以仍不能滿足于日益提升的內燃機排放法規及顧客的使用要求。

（二）HC和CO排放的降低

HCCI發動機較低的燃燒溫度特點使其可以大幅度降低 NOX 排放，但由此也帶來了一些弊端，如造成HC和CO排放的增加。研究表明“均質壓燃”系統燃燒室內較低的反應溫度，使得氣缸內壁內激冷作用非常顯著，因此致使燃燒火焰鋒面輻射范圍中形成的活性自由基產生再次復合，中斷了燃料HC的鏈反應，造成HC生成增加。另外，發動機在小負荷運轉的時候，若汽缸內溫度低于1500K時，CO便不能被氧化為CO2從而增加了CO排放量。

四、“均質燃燒”技術的發展

HCCI這一全新的概念受到世界范圍的廣泛關注。目前，許多科研機構參與了這種燃料改質等方面的研究，比如原有的進排氣相位做了調整，氣缸在進氣與排氣階段之間產生一個短暫的封閉過程，基于負氣門重疊角來實現，再此期間噴入適量燃油來實現燃料來改變燃料的本質。很多研究人員運用數模和臺架測試方法來提前“均質壓燃”內燃機的引燃時刻，利用循環的排氣技術，進行燃料重新配合，擴展HCCI運行范圍，降低NOX、CO的排放。在國內的研究數據也顯示，基于化學動力學方法對HCCI燃燒過程的技術控制是切實可行的。

“均質燃燒”這項政府和內燃機界都比較重視的高效率、低污染的新型內燃機技術，我相信將隨著技術難關的不斷攻克，會快速普及，作為一種新的節能增效技術，為地球的藍天白云、綠水青山作一份貢獻。

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