柴油機低溫燃燒技術(shù)

1、一種利用柴油機低溫燃燒實現(xiàn)機內(nèi)凈化的技術(shù) 柴油的理化性質(zhì)柴油機的主要排放污染物柴油機低溫燃燒理論及其實現(xiàn)方式 降低NOx和soot排放實現(xiàn)低溫燃燒的途徑結(jié) 語柴油的理化性質(zhì)柴油的理化性質(zhì) （1）自燃性 在無外源點火的情況下，柴油能自行著火的性質(zhì)叫自燃性，使其自行著火的最低溫度叫做自燃溫度。柴油的自燃性用十六烷值衡量。 （2）低溫流動性 當(dāng)溫度降低時，柴油中所含的高分子烷族烴和燃料中夾雜的水分開始結(jié)晶析出，柴油變得渾濁，該溫度稱為柴油的濁點。溫度進一步降低時，柴油完全凝固，該溫度稱為凝點。柴油機的主要排放污染物柴油機的主要排放污染物 柴油機的油氣混合不像汽油機那么均勻，它是通過把柴油高壓噴入已壓

2、縮到溫度很高的空氣中迅速混合、自燃而工作的。所以總有一部分燃料不能完全燃燒，造成以碳為主體的微粒排放。同時，由于混合氣不均勻，燃燒過程中局部溫度很高，并有過量空氣，因此導(dǎo)致大量NOx 的生成。柴油機的過量空氣系數(shù)很大，因此CO和HC的排放量相對較小。 柴油機低溫燃燒是一種新型的燃燒方式，其實現(xiàn)方法是通過大量的廢氣再循環(huán)（EGR）,降低缸內(nèi)溫度，同時實現(xiàn)較低的NOx排放。從柴油機的燃燒過程看，NOx和微粒的生成不可避免，而NOx和微粒生成條件互異的特點和直噴式柴油機噴霧燃燒的特性，使得降低NOx排放的措施往往使碳煙排放增加，而降低碳煙排放的技術(shù)也會造成NOx排放增多，二者的控制呈現(xiàn)“此消彼長”的

3、矛盾態(tài)勢。由于后處理器技術(shù)成本較高，且受到后處理器轉(zhuǎn)化效率的限制，因此通過內(nèi)燃機機內(nèi)凈化有可能是最有效、最經(jīng)濟的凈化措施。柴油機低溫燃燒理論及其實現(xiàn)方式柴油機低溫燃燒理論及其實現(xiàn)方式 圖圖1 在在-T平面上柴油機的傳統(tǒng)燃燒模式平面上柴油機的傳統(tǒng)燃燒模式低溫燃燒低溫燃燒 當(dāng)缸內(nèi)燃燒溫度可以保持在低于1650K的水平，無論當(dāng)量比如何，燃燒都可以避開NOx和碳煙的主要生成區(qū)域，這種燃燒模式就是低溫燃燒 。 與傳統(tǒng)直噴式柴油機的燃燒相比，低溫燃燒模式通常增加燃燒前的油氣混合或利用EGR技術(shù)，空氣或EGR稀釋后的混合氣使燃燒溫度降低，從而減小NOx的生成，均質(zhì)混合氣的形成減少了局部過濃的區(qū)域，從而減少了

4、碳煙的形成。同時，稀薄的混合氣也有利于抑制碳煙的生成。 降低NOx和soot排放實現(xiàn)低溫燃燒的途徑 傳統(tǒng)柴油機燃燒方式的缸內(nèi)混合氣濃度和溫度歷程不可避免的先后進入高soot和高NOx生成區(qū)域(如圖黃色曲線ABCDE所示)，這表明柴油機非均質(zhì)燃燒的性質(zhì)使其必定會同時產(chǎn)生數(shù)量較高的NOx和瑚排放而且這兩者之間存在Trade-Off關(guān)系，想要同時降低這兩者的排放量難度很大。圖圖2 降低柴油機降低柴油機NOx和和soot排放的途徑排放的途徑如圖2所示，避開高NOx和高soot生成的當(dāng)量比和溫度區(qū)域主要方法有：1、均質(zhì)稀薄混合氣低溫燃燒2、濃混合氣低溫燃燒3、濃混合氣高溫燃燒 均質(zhì)稀薄混合氣低溫燃燒，燃

5、燒相位與噴油時刻關(guān)系不大而主要由化學(xué)動力學(xué)決定。這種實現(xiàn)低煙燃燒的方法主要是減少局部當(dāng)量比。HCCI(均質(zhì)充量壓縮燃燒)就是降低當(dāng)量比的典型燃燒概念。該類系統(tǒng)燃油與空氣完全預(yù)混，在燃燒開始的時候混合氣接近均質(zhì)，各處的局部當(dāng)量燃空比均小于1，整體燃燒后熱量在缸內(nèi)均勻分布，實現(xiàn)低溫燃燒。圖3給出了LTC和HCCl的-T關(guān)系以及工作范圍示意圖。1、均質(zhì)稀薄混合氣低溫燃燒圖3 LTC和HCCI的-T關(guān)系研究表明，HCCI燃燒過程主要由燃燒反應(yīng)動力學(xué)所控制，因此缺乏直接有效控制HCCl燃燒過程的手段，尤其是在瞬態(tài)工況。 濃混合氣低溫燃燒，燃燒相位的控制與燃油噴射參數(shù)有很大關(guān)系。其基本特點是噴油時刻與燃燒

6、開始時刻之間的時間間隔短，不可能實現(xiàn)燃油與空氣的徹底混合，在燃燒開始的時候有相當(dāng)大的區(qū)域存在 1的情況。為了降低擴散燃燒過程中的燃燒溫度，可以采用各種策略，如大量的冷卻EGR、低壓縮比、延遲噴油定時等措施實現(xiàn)低溫燃燒。2、濃混合氣低溫燃燒 由以上分析可知，均質(zhì)的稀薄混合氣(HCCI燃燒方式)和濃混合氣低溫燃燒都可以降低NOx和soot生成。但是，由于缺乏直接有效控制HCCI著火時刻和燃燒反應(yīng)速度的手段，要將HCCI運用于系列產(chǎn)品還需要對其進行重大的改進。而濃混合氣低溫燃燒方式，有在化學(xué)當(dāng)量比和更高當(dāng)量比情況下同時實現(xiàn)無煙和低NOx排放的潛力。通過采用大流量冷卻EGR(50或者以上)降低混合氣中的氧濃度，稀釋混合氣，將燃燒溫度降低到碳粒生成區(qū)以外的低溫側(cè)，當(dāng)量比分布和傳統(tǒng)的柴油機燃燒相似，再加上調(diào)節(jié)噴油定時可以達(dá)到同時降低碳煙和NOX排放的效果