最新柴油機節(jié)能技術及發(fā)展趨勢

1、柴油機節(jié)能技術及發(fā)展趨勢摘要：隨著能源緊缺和環(huán)境污染問題的日益嚴重，當前國內(nèi)外法規(guī)對柴油機節(jié)能與排放的要求越來越高，柴油機節(jié)能減排技術發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)。文章主要從柴油機節(jié)能減排技術的幾個方面介紹了柴油機技術的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了當前柴油機在節(jié)約能源以及降低污染物排放方面的研究進展，討論了二十一世紀柴油機環(huán)保與節(jié)能技術的發(fā)展趨勢。關鍵詞：柴油機、節(jié)能技術、電控噴射、渦輪增壓1.引言1882年德國人狄賽爾提出了柴油機工作原理，1896年制成了第一臺四沖程柴油機。一百多年來，柴油機技術得以全面的發(fā)展，應用領域起來越廣泛。大量研究成果表明，柴油機是目前被產(chǎn)業(yè)化應用的各種動力機械中熱效率最高、能量利用率最

2、好、最節(jié)能的機型。由于它的高效、節(jié)能等性能在汽車動力中受到高度重視,特別在近現(xiàn)代,柴油機的應用趨勢在逐漸擴大,由于柴油機對能源消耗較大,對環(huán)境污染特別嚴重,所以對該項污染問題不能忽視,全世界的能源枯竭和發(fā)動機尾氣對世界的污染日益嚴重,全世界在對節(jié)約能源和汽車尾氣排放上有了更高的規(guī)定。柴油機燃油經(jīng)濟性和排放關系未來柴油機發(fā)展的關鍵問題。在美國、日本以及歐洲100%的重型汽車使用柴油機為動力。在歐洲，90%的商用車及33%的轎車為柴油車。在美國，90%的商用車為柴油車。在日本，38%的商用車為柴油車， 9.2%的轎車為柴油車。據(jù)專家預測，在今后20年，甚至更長的時間內(nèi)柴油機將成為世界車用動力的主流

3、。世界汽車工業(yè)發(fā)達國家政府對柴油機發(fā)展也給予了高度重視，從稅收、燃料供應等方面采取措施促進柴油機的普及與發(fā)展。 隨著先進柴油技術的發(fā)展，柴油發(fā)動機冒黑煙，噪音高，振動大等問題得到解決，柴油機較同排量汽油機可節(jié)油25%以上的優(yōu)勢得以顯現(xiàn)。近年來，柴油轎車在國際上，特別是歐洲，取得了很大發(fā)展。到2007年，西歐柴油轎車銷售已占轎車銷售市場份額的54%，在部分國家（如法國）已占70%以上。我國柴油機產(chǎn)業(yè)自20世紀80年代以來有了較快的發(fā)展，但就其技術來源而言，引進系列和自主開發(fā)系列基本上是平分秋色。在全球節(jié)能排減趨勢的推動下，柴油機動力技術經(jīng)歷了如下主要的發(fā)展演變過程:供油方式從機械式直列分配泵經(jīng)歷

4、了單體泵、泵噴嘴到第一代、第二代、第三代、第四代電控高壓共軌系統(tǒng)演變;噴油壓力、噴孔數(shù)目、噴油時刻與循環(huán)噴油量的計量控制均發(fā)生了演變。進氣系統(tǒng)從傳統(tǒng)的自然吸氣式到放氣閥式渦輪增壓中冷、可變結構渦輪增壓中冷到串聯(lián)式二級增壓二級中冷增壓系統(tǒng)演變。燃燒過程組織從渦流式燃燒系統(tǒng)到缸內(nèi)直噴+冷卻EGR演變，并伴有從傳統(tǒng)的預混一擴散燃燒方式衍變的預混壓燃點火燃燒系統(tǒng)的演變。2.柴油機節(jié)能技術現(xiàn)代的調整高性能柴油機由于熱效率比汽油機高、污染物排放比汽油機少，作為汽車動力應用日益廣泛。西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動機， 而且轎車采用柴油機的比例也相當大。美國聯(lián)邦政府能源部和以美國三大汽車公司為代表的美

5、國汽車研究所理事會也開發(fā)新一代經(jīng)濟型轎車同樣將柴油機作為動力配置。經(jīng)過多年的研究、大量新技術的應用，柴油機最大的問題煙度和噪聲取得重大突破，達到了汽油機的水平。在未來的20年內(nèi),內(nèi)燃機仍是各種通用機械的主要動力,隨著汽油和柴油的質量越來越高以及內(nèi)燃機技術的快速發(fā)展,能量利用效率得到了明顯的提高,同時代用燃料也會得到迅速運用,小型的廢氣渦輪增壓內(nèi)燃機的研制,必將對我國內(nèi)燃機行業(yè)的發(fā)展及節(jié)約能源方面起到重要的作用。因此,如何結合我國國情來發(fā)展內(nèi)燃機行業(yè)及中國的燃料,開發(fā)研究新的節(jié)能技術,制定科學的、符合發(fā)展的戰(zhàn)略,是我國內(nèi)燃機行業(yè)科研單位乃至國家政府必須重視的問題。2.1共軌技術經(jīng)過多年的發(fā)展完善

6、，柴油機電控噴射系統(tǒng)已由第一代的位移控制到第二代的時間控制一直發(fā)展到了現(xiàn)在的壓力時間控制，也就是大家所熟知的共軌噴射技術。共軌技術是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。 在汽車柴油機中，高速運轉使柴油噴射過程的時間只有千分之幾秒，實驗證明，在噴射過程

7、中高壓油管各處的壓力是隨時間和位置的不同而變化的。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動，使實際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動有時還會在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳氫化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴重時不僅噴油不均勻，而且會發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決柴油機這個燃油壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機采用了一種稱為“高壓

8、共軌”的技術。2.2高壓噴射和電控噴射技術 在電控噴射方面柴油機與汽油機的主要差別是，汽油機的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比（汽油與空氣的比例），而柴油機的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時間來調節(jié)負荷的大小。 柴油機電控噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（控制單元）和執(zhí)行機構三部分組成。其任務是對噴油系統(tǒng)進行電子控制，實現(xiàn)對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控制。采用轉速、溫度、壓力等傳感器，將實時檢測的參數(shù)同步輸入計算機，與ECU儲存的參數(shù)值進行比較，經(jīng)過處理計算按照最佳值對執(zhí)行機構進行控制，驅動噴油系統(tǒng)，使柴油機運作狀態(tài)達到最佳。高壓噴射和電控噴射技術是目前國外降低柴油機排放的重要措施之一， 高壓噴射和電

9、控噴射技術的有效采用，可使燃油充分霧化，各缸的燃油和空氣混合達到最佳， 從而降低排放，提高整機性能。目前公認的最有前途的電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以降低汽車碳煙和顆粒排放,提高發(fā)動機動力性和燃油經(jīng)濟性,改善起動性能和降低燃燒噪聲,它的高度柔性的燃油噴射系統(tǒng),在柴油機的結構設計和性能優(yōu)化上了廣闊的自由空間,但系統(tǒng)中大量的基本參數(shù)的可變對于廢氣排放、噪聲水平、經(jīng)濟性和動力性折衷優(yōu)化配帶來了困難。在機械方面,對于電控高壓共軌式噴射系統(tǒng),國外開發(fā)商正在著眼于提高燃油噴射壓力和精確性,以使燃油更充分燃燒,其中最高壓力可達260Mpa。在高壓油泵、油路,噴嘴的材料和加工過程上進行改進方法有:（1）對泵軸及

10、驅動系統(tǒng)進行專門設計以增強其剛度和硬度。（2）減小噴油孔直徑,該直徑小于0.2mm,最小可達0.12mm 和增加油孔數(shù)目。（3）減小噴油提前角,增大燃燒室直徑和提高壓縮比。（4）進一步減少零部件,因為較少的零部件意味著較少的管路、接頭和振動。在電氣方面,重點在于執(zhí)行器和 ECU 的設計。國內(nèi)對柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的研究起步較晚,在20 世紀90 年代才開始有幾家單位研究,但呈后起直追之勢,在控制理論、系統(tǒng)組成、關鍵零部件研究等方面取得了一些進展。高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)在現(xiàn)代發(fā)動機對燃油噴射系的要求達到了所需目標,只要對現(xiàn)有發(fā)動機作較小改動的就可滿足歐IV排放標準,它被內(nèi)燃機行公認為是20 世紀

11、二大突破技術之一,被汽車工業(yè)界認為柴油機動力車領域最具發(fā)展前途的燃油噴射技術。2.3渦輪增壓技術 （1）兩級渦輪增壓技術 以往的柴油機采用的是一級渦輪增壓技術，其產(chǎn)生的壓力相對較低，使壓縮進汽缸的空氣量有限，汽缸中的燃料不能充分燃燒。這不僅浪費了大量的燃料，也使柴油機的廢氣排放量偏高。瓦錫蘭集團和MAN柴油機公司都成功開發(fā)出新型的渦輪增壓技術，通過使用兩級渦輪增壓器來增大壓力，增加汽缸中的空氣量，解決一級渦輪增壓器壓力不足的問題。 兩級渦輪增壓系統(tǒng)是由兩個大小不同的渦輪增壓器串聯(lián)組成。其工作原理是：利用發(fā)動機工作產(chǎn)生的廢氣的能量，驅動體積較小、增壓度較高的渦輪增壓器，然后再驅動體積較大的、增壓

12、度較低的渦輪增壓器。低壓比渦輪增壓器的壓縮機將周圍的空氣壓縮，然后經(jīng)過一個直接相連的冷卻器，將壓縮后的空氣傳送到高壓比渦輪增壓器的壓縮機中；在此之前被壓縮過的空氣再次被壓縮，再經(jīng)過一個空氣冷卻器，傳送到發(fā)動機汽缸。經(jīng)過兩次壓縮，可以大大增加進入汽缸的空氣量，從而使發(fā)動機中的燃料燃燒更充分，大大提高發(fā)動機的輸出功率和功率密度，并大幅減少有害氣體的排放量。該技術能大幅提高柴油機的效率，輸出功率和功率密度能夠提升近10個百分點，同時降低燃油消耗和二氧化碳排放量。 （2） VTA(Variable Turbine Area）渦輪增壓技術 渦輪增壓柴油機的最大優(yōu)點是它可實現(xiàn)小排量、高功率、大扭矩，尤其是

13、其扭矩輸出增加明顯。但由于渦輪介入程度取決于轉速高低，在柴油機低負荷和低速運行下，渦輪增壓器不能以最大的效率工作，因而壓縮至汽缸內(nèi)的空氣量有限，不能使燃料充分燃燒。這是傳統(tǒng)渦輪增壓技術的嚴重缺陷。MAN柴油機公司開發(fā)了VTA渦輪增壓技術，有效地解決了這一問題。VTA技術使得柴油機處在任何負荷和速度運行時，都能根據(jù)燃油的噴入量自動、持續(xù)、精確地匹配壓縮空氣的進入量，解決了傳統(tǒng)渦輪增壓器只能在事先設定的發(fā)動機負荷點實現(xiàn)最大效率的問題。這大大提高了燃料燃燒的效率，節(jié)約了燃油，大幅削減了碳氫化合物、二氧化碳、煤煙的排放量。MAN柴油機公司已經(jīng)成功地將VTA技術應用到大型渦輪增壓器上，該渦輪增壓器將安裝

14、在燃燒重質燃油的大型柴油機上。大連船用柴油機有限公司生產(chǎn)的6S50ME-B型柴油機和上海中船三井造船柴油機有限公司生產(chǎn)的SK80ME-C型柴油機，都將安裝采用VTA技術的高效廢氣渦輪增壓器。2.4渦輪增壓中冷技術 柴油機的渦輪增壓中冷技術就是當渦輪增壓器將新鮮空氣壓縮經(jīng)中段冷卻器冷卻，然后經(jīng)進氣歧管、進氣門流至汽缸燃燒室。采用渦輪增壓增加柴油機的空氣量，提高燃燒的過量空氣因數(shù)是降低大負荷工況排氣煙度、 PM 排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空-空中冷系統(tǒng)，可使增壓空氣溫度下降到50以下， 工作循環(huán)溫度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型車用柴油機都普遍是增壓中冷型， 不僅有助

15、于低排放而且燃油經(jīng)濟性良好。此外，渦輪前排氣旁通閥的應用，不僅能降低PM和CO排放， 還可以改善渦輪增壓柴油機的瞬態(tài)性能和低速扭矩。 2.5排氣再循環(huán)（EGR）技術的應用 EGR 是目前先進內(nèi)燃機中普遍采用的技術，其工作原理是將少量廢氣引入氣缸內(nèi)， 這種不可再燃燒的 CO2 及水蒸汽廢氣的熱容量較大，能使燃燒過程的著火延遲期增加，燃燒速率變慢， 缸內(nèi)最高燃燒溫度下降，破壞 NOX 的生成條件。中冷EGR 技術是取得降低柴油機NOx 排與改善燃油經(jīng)濟性折衷效果的一種有效措施。自2000 年起,中冷EGR 的應越來越多, 以取得最佳的NOx 和燃油消耗率的衡關系。對于小型柴油機來說,中冷EGR 增

16、加了發(fā)動機管路的復雜性, 并產(chǎn)生布置問題。ECOTEC 發(fā)動機采用了利用氣缸蓋內(nèi)部冷卻通道來輸送EGR的方法以解決此問題。在一個典型的高速直噴式柴油機中, EGR 取自渦輪增壓器渦輪前的排氣, 并被輸送到渦輪增壓器壓氣機和中冷器的下游以避免在壓氣機和中冷器中堆積積碳。由于渦輪增壓器和發(fā)動機的不同特性,在排氣和進氣之間可能會發(fā)生因壓力差不足而不能提供足夠的EGR 氣流量的情況。這個問題的解決方法是使用一個進氣節(jié)流閥,這樣會對發(fā)動機增加一些節(jié)流損失, 或者使用可變截面渦輪增壓器。EGR技術可使機動車NOX排放明顯降低， 但對重型車用柴油機而言，目前傾向于使用中冷EGR技術，因為其不僅能明顯降低NO

17、X， 還能保持其他污染物的低水平。 2.6排放后處理技術 柴油機后處理的目標是進一步改善PM和NOX的排放。雖然目前先進的柴油機技術已完全可以使柴油機的排放滿足歐IV排放標準,但為了滿足更加嚴格的歐V以上的排放標準, 人們一直沒有放棄對柴油機排氣后處理技術的研究。相對于NOx催化轉化技術和連續(xù)再生式微粒捕捉技術,氧化催化器技術和熱再生微粒捕捉技術已經(jīng)日益成熟。2.7柴油品質柴油的生產(chǎn)和貯存條件，是保證柴油發(fā)動機正常運轉延長使用壽命和保持低排放的重要保證。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，改善燃油品質的重要性逐漸被人們所認識, 低硫油,無鉛汽油等都已經(jīng)提上了日程。歐洲目前正在進行改性柴油對柴油機排放影響的

18、研究。歐洲已進行的研究工作表明,燃油密度、多環(huán)芳香烴、 十六烷值和T96餾出點溫度4 個參數(shù)對柴油機排放影響很大,如果將燃油密度由855kg/ m3降到826kg/m3,多環(huán)芳香烴的質量分數(shù)由 8%降到 1%, 十六烷值由50 提高到58,T96餾出點溫度由370°降到325°,則柴油機HC 排放降低 34%, CO 排放降低 42%, NOx排放增加3%, 微粒排放降低24%。 例如瑞典的一級柴油使用中可減少CO排放達54%，HC 和 NOX 排放達10%，PM 排放減少14%47%。 2.8乳化柴油的應用 柴油加水摻合乳化劑，使其形成較為穩(wěn)定的含水乳化柴油， 這類改進型

19、燃料的使用可明顯降低柴油機（車）的排放，尤其是NOX和PM。目前美國報道這方面進展較多， 我國也在這方面進行研究，且已取得可喜進展。加水20%乳化柴油（70天不分層）， 在大型柴油機上100%負載工況下，功率不減，節(jié)油明顯，動力輸出比柴油上升4.3%， 且煙度和NOX排放下降明顯。然而，盡管這項技術對低排放有好處，但其潛在的問題如水結冰、 水對發(fā)動機的腐蝕等問題尚待解決。 2.9降低機油消耗 柴油機排放的顆粒物中，有相當一部分來自餾分較重的機油的燃燒。 為了滿足日益嚴格的柴油機（車）排放限值標準的要求，必須把來自機油的燃燒降至最低限度， 即在保證發(fā)動機正常運轉的前提下，最大限度地減少機油的消耗

20、。為了降低柴油機的機油消耗， 活塞環(huán)的優(yōu)化設計和制造及缸套間的科學配置非常重要。 2.10燃燒室與四氣門技術 燃燒室的形狀控制空氣的運動和燃燒過程中空氣與燃油的混合。在燃燒室中的空氣運動和噴束與燃燒室尺寸的優(yōu)化匹配對柴油機燃燒和排放具有重要的影響。與渦流式燃燒室和預燃式燃燒室相比,直噴式燃燒室具有較好的燃油經(jīng)濟性,燃油消耗率降低 15% 20% , CO2 排放減少 20%。隨著現(xiàn)代電控技術和直噴燃燒技術的迅猛發(fā)展,直噴式柴油機的NOx 排放和噪聲也得到了妥善解決。采用直噴式燃燒室已經(jīng)成為現(xiàn)代柴油機的重要標志,也是柴油機達到歐IV、歐V排放標準的必備手段。國外柴油機目前一般采用共軌新技術、四氣

21、門技術和渦輪增壓中冷技術相結合， 使發(fā)動機在性能和排放限值方面取得較好的成效，能滿足歐3排放限值法規(guī)的要求。 四氣門結構的目的是增加進排氣門的截面積, 在高速時增加進氣量和降低泵氣損失，不僅可以提高充氣效率，更由于噴油嘴可以居中布置，使多孔油束均勻分布，可為燃油和空氣的良好混合創(chuàng)造條件；同時，可以在四氣門缸蓋上將進氣道設計成兩個獨立的具有為同形狀的結構，以實現(xiàn)可變渦流。 這些因素的協(xié)調配合，可大大提高混合氣的形成質量，有效降低碳煙顆粒、HC 和 NOX 排放并提高熱效率。 2.11采用HCCI均質燃燒方式HCCI被認為是發(fā)動機燃燒技術的一個重大進步。與傳統(tǒng)的火花點火發(fā)動機相比，HCCI方式采用

22、均勻的空氣與燃料混合氣，但用壓燃代替火花塞點火：與傳統(tǒng)的柴油機相比，HCCI方式采用壓燃著火，但混合氣充量是均質的。試驗證明這種燃燒方式具有較高熱效率、低NOx和PM排放等優(yōu)點。自20世紀90年代以來，含有HCCI燃燒概念的燃燒系統(tǒng)有AR(ATAC、RI)燃燒系統(tǒng)、可控自著火(CAI)燃燒系統(tǒng)、調諧動力 (MK)燃燒系統(tǒng)、均勻松散燃燒系統(tǒng)(UNIBUS)、稀薄預混合燃燒(PREDIC)系統(tǒng)、均質合理的多次噴射燃燒系統(tǒng)(HiMICS)和美國西南研究院的均質進氣壓縮點火(HCCI)燃燒系統(tǒng)等。其它燃燒系統(tǒng)有柴油機多階段燃燒(MUDLIC)技術、柴油機均質充量燃燒(HCDC)技術、預混壓縮著火 (P

23、CI)技術等。這些燃燒系統(tǒng)基本都采用了EGR系統(tǒng)?？梢姡珽GR是實現(xiàn)HCCI燃燒很重要的一項措施。我國從20世紀80年代末開始研究含有HCCI燃燒概念的燃燒系統(tǒng)，如上海交通大學的可控活性化預混合燃燒系統(tǒng)、EGRWS，天津大學對HCCI燃燒也進行了研究。目前，實現(xiàn) “均質壓燃、低溫燃燒”的主要的技術途徑有噴油策略控制( 混合氣濃度分布) 、EGR 控制( 混合氣組分、溫度、著火時刻) 、高噴油壓力( 混合率促進) 等。在此基礎上，衍生出許多燃燒模式，諸如預混控制壓燃( PCCI) 、MK燃燒、柴油機濃混合氣無煙燃燒以及預混合分層壓燃( PSCCI) 等。2.12米勒循環(huán)技術米勒循環(huán)技術是提高柴油

24、機效率的重要技術，但是該技術自身存在缺陷，在低負荷運行時排煙量較大。Mak公司將Miller循環(huán)技術和高增壓技術相結合，開發(fā)出LEE(Low Emission Engine，低排放發(fā)動機）技術，該技術已經(jīng)在M32C Mak發(fā)動機系列使用。使用LEE技術的發(fā)動機，在不降低發(fā)動機效率的前提下，能將氮氧化物的排放水平降低30%，超過了Tier II的排放要求。為了減少發(fā)動機在低工況條件下可見煤煙的排放量，LEE技術還使用了FCT(Flexible Camshaft Technology，柔性凸輪軸技術)技術。FCT技術能夠保證發(fā)動機在低工況運行時燃料系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)的適時變化，通過提前噴油啟動和增加噴

25、射壓力來改善燃燒過程，同時也將煤煙排放量降低了50%。改變氣閥正時功能關閉米勒循環(huán)，可將煤煙排放再減少25%。因此，MaK公司的FCT技術可將柴油機低工況運行時的煤煙排放量減少75%，同時在過渡工況中提高發(fā)動機性能。 羅爾斯-羅伊斯公司也將米勒循環(huán)技術與提高壓縮比率技術相結合，避免了米勒循環(huán)技術自身存在的缺陷，成功開發(fā)出清潔發(fā)動機。該發(fā)動機能夠滿足國際清潔設計標準，能將氮氧化物的排放量降低20%。此外，使用該技術能夠在不增加燃料消耗的情況下提高發(fā)動機的效率，使發(fā)動機的功率提高到330千瓦缸，使該公司最大型的發(fā)動機9缸發(fā)動機的最大功率可達到2970千瓦。 2.13代用燃料技術所謂代用燃料, 是指

26、能夠取代或部分取代目前內(nèi)燃機傳統(tǒng)燃油 (汽油、 柴油、 煤油)的燃料。已開發(fā)的代用燃料有氣態(tài)烴 (壓縮天然氣( CNG )、液化天然氣( LNG )、液化石油氣 ( LPG ) )、醇燃料、二甲醚、生物柴油 、氫、燃料電池等。下面介紹一下幾種代用燃料的發(fā)展狀況。（1）天然氣：天然氣是一種無色、無味的氣體，9 0 以上成分為甲烷( C H 4 )。由于天然氣擁有資源豐富、污染很小、經(jīng)濟和安全上的優(yōu)勢，從而得到了大力地推廣，它是一種很好的清潔燃料。天然氣具有如下比較突出的優(yōu)點：( 1 )著火極限寬。( 2 )抗爆燃性能好。( 3 )排放污染小 。( 4 )發(fā)動機壽命延長 ( 5 )燃料經(jīng)濟性好，使

27、用費較低。( 6 )安全性高。正是由于天然氣汽車具有上述優(yōu)點，在世界 日益重視環(huán)境保護、車輛安全性能和經(jīng)濟性能的 背景下，天然氣汽車的發(fā)展前景越來越廣闊。作為車用燃料的替代品，天然氣根據(jù)其存在形式不同，分為壓縮天然氣液化天然氣。壓縮天然氣是將天然氣經(jīng)過脫水、脫硫凈化處理后，經(jīng)多級壓縮至20Mpa左右存貯在氣瓶中，使用時經(jīng)減壓器減壓后供給發(fā)動機燃燒即可 。現(xiàn)在天然氣汽車中運用最為廣泛的就是CNG，它的技術要求較LNG要低，但也存在一些問題，如續(xù)駛里程小等缺點。液化天然氣是將天然氣經(jīng)過一定工藝，使其在162左右變?yōu)橐簯B(tài)，存貯在高壓氣瓶中。由于液化天然氣對貯存技術要求較高，使得貯存容器的成本高，這從

28、一定程度上限制了液化天然氣汽車的發(fā)展。但由于液化天然氣在貯存能量密度、汽車續(xù)駛里程、貯存容器壓力等方面均優(yōu)于壓縮天然氣，能解決壓縮天然氣汽車存在的一些問題，所以液化天然氣作為天然氣的使用方式之一，是今后的重點發(fā)展方向。而為了解決動力性不足的缺點，現(xiàn)在天然氣發(fā)動機一般采用提高充量系數(shù)、稀薄燃燒和增壓中冷、提高壓縮比以及采取優(yōu)化燃燒室結構和噴油提前角等技術，相信天然氣發(fā)動機能成為即汽油機和柴油機之后的又一主流。（2）醇類燃料：甲醇燃料甲醇的理化特性同汽油較為接近,并且由于甲醇與汽油的相容性好, 所以容易實現(xiàn)各種比例的摻燒。一般以低比例5% 30%摻燒為多 (M5 M30),高比例摻燒可達85%(M

29、85)。使用甲醇汽油可使尾氣中的CO 和HC的排放量明顯降低，因此, 目前世界各大汽車廠都在積極研究開發(fā)不同方案的甲醇燃料汽車, 低比例甲醇汽油已在美國、法國、意大利等國家商品化。由于甲醇與柴油的理化性質差別較大,與柴油的相容性也較差,因此柴油機摻燒甲醇的研究主要集中在摻燒方式上。目前概括來說有熏蒸法、雙燃料系統(tǒng)法和乳化液法3種摻燒方法。采用熏蒸法和雙燃料系統(tǒng)法時,汽車和發(fā)動機的結構變化較大,所以不易在現(xiàn)使用的柴油車上推廣。采用乳化液法時,發(fā)動機結構可以不做變動而摻燒甲醇燃料, 比較易于推廣應用,但目前尚未研究出性能好、價格廉的助溶劑。甲醇毒性問題一直很受人們的關注,在七五期間, 我國對甲醇對

30、人體健康的影響等課題作了研究。結論是,對接觸甲醇燃料人群, 只要遵守操作規(guī)程, 沒有發(fā)現(xiàn)人體健康有異常。目前,關于甲醇毒性問題仍存在較多爭論,因此對甲醇的毒性問題仍有必要進行深入研究。乙醇燃料車用乙醇汽油是將燃料乙醇與普通汽油按一定比例調配而成的新型汽車燃料。乙醇的辛烷值比汽油高,并且著火燃燒濃度極限范圍比汽油寬得多。乙醇分子中含氧,汽油中添加一定比例的乙醇后, 不僅能部分替代汽油,還可以改善燃燒,降低有害排放。例如,在汽油中加入 10%的變性燃料乙醇,可使辛烷值提高 3 %,氧含量增加 3-5 %,能大大改善汽油的使用性能,使燃燒更徹底,并且不污染環(huán)境。近年來,我國乙醇燃料的研究及應用工作有

31、所加強,在2001年制定了車用乙醇國家標準并且確立了三個生產(chǎn)燃料乙醇的建設項目, 開始推廣含10%乙醇的車用乙醇汽油混合燃料。與甲醇燃料在柴油機上的應用相似,柴油機摻燒乙醇燃料的研究也主要集中在摻燒方式上?，F(xiàn)階段研究的熱點是乳化液法,各國正在研究性能較好的助溶劑使乙醇與柴油形成穩(wěn)定的混合燃料。目前存在的問題是乙醇制取能耗較大、成本較高,約為汽油的兩倍,需要在生產(chǎn)技術上尋求突破,降低能耗和成本,這樣乙醇燃料會有非常廣泛的應用前景。二甲醚：二甲醚是最簡單的醚類化合物,分子式為CH3-O-CH3, 簡稱DME,含有34.8%的氧(重量比) ,其自燃溫度為235,低于柴油,而十六烷值高達55-60,

32、高于柴油, 所以DME 具有良好的著火性能。二甲醚分子式中只有CO 和CH 鍵,沒有CC鍵,此外它是高含氧燃料,有利于減少燃燒生成的煙度和微粒。同時,它可以使用更大的排氣再循環(huán)率( EGR) ,降低NOx 的排放。二甲醚的低熱值只是柴油的64. 7%, 為了達到柴油機的動力性,必須增大二甲醚的循環(huán)供油量。 二甲醚的十六烷值比較高, 遠高于其他代用燃料,因此在柴油機上燃用二甲醚時不需要采取助燃措施。二甲醚在常溫常壓下的飽和蒸汽壓力0. 5Mpa,隨著溫度的升高, 其飽和蒸汽壓增大,為防止汽阻現(xiàn)象的發(fā)生,燃料供給系統(tǒng)的壓力遠高于柴油機燃料供給系統(tǒng)。二甲醚的毒性低于甲醇, 但與液化石油氣( LPG)

33、相當。它基本無味, 對環(huán)境無污染, 對人體無致癌作用,對金屬無腐蝕, 性能穩(wěn)定,即使長期暴露與空氣中也不會像二乙基醚那樣生成過氧化物。DME 的使用安全性要好于丙烷和丁烷。二甲醚是一種溶劑,對燃油系統(tǒng)中橡膠密封件等有破壞作用。因此,使用DME 時應保證整個燃油系統(tǒng)密封性良好,以防止DME 向大氣中泄露。通常而言, 針對液化石油氣采用的安全防范措施同樣也適于DME。DME 具有較高的十六烷值, 可用作發(fā)動機燃料,其燃燒效果比甲醇燃料好,除具有甲醇燃料所具有的優(yōu)點之外, 還克服了其低溫啟動性和加速性能差的缺點。DME 燃料具有高效率和低污染的優(yōu)點,可實現(xiàn)無煙燃燒,并可降低噪音。另外,研究表明, D

34、ME 的成本雖然高于柴油,但成本和污染都低于液態(tài)丙烷和壓縮天然氣等低污染替代燃料。因此, DME 作為發(fā)動機燃料有很好的發(fā)展前景。（3）生物柴油：生物柴油是植物柴油和動物柴油的總稱,它是一種由從植物油或動物脂的脂肪酸烷基單酯組成的一種可替代柴油燃料,一般由大豆或其它油類植物、動物油脂等通過酯化過程合成。有機油類和醇類(甲醇或乙醇)在催化劑存在的情況下,發(fā)生酯化反應,形成硬脂 (甲酯或乙酯) ,就是通常所指的生物柴油。其有如下的特點:a發(fā)動機有害氣體排放減少。使用生物柴油與純柴油的發(fā)動機排放對比, 可見使用生物柴油除NO稍有增加外, CO排放降低了 15.64%, HC排放降低了 17.65%,

35、微粒排放降低 38.1 %。此外,由于生物柴油中硫含量低, 使得二氧化硫和硫化物的排放減少約 30% (有催化劑時為 70% ) ,生物柴油中不含對環(huán)境造成污染的芳香族烷烴,因而廢氣對人體損害低于柴油。b具有較好的低溫使用性能, 無添加劑時的冷濾點達-20°。c具有較好的潤滑性能,可減輕發(fā)動機供油系統(tǒng)的噴油泵、噴油器等部件的磨損。d使用安全性好。由于其閃點高于礦物柴油且不屬于危險品,因此,在運輸、 儲存、使用方面的優(yōu)點是顯而易見的。e利于自然環(huán)境保護。首先, 生物柴油燃燒所排放的二氧化碳遠低于植物生長過程中所吸收的二氧化碳。所以,會降低因二氧化碳的排放而導致的全球變暖這一有害人類的重

36、大環(huán)境問題; 其次,生物柴油的生物分解率高(3周后分解率: 生物柴油98%, 礦物柴油 70%),當拋灑到自然界中后會快速自然分解,有利于環(huán)境保護。f可再生特性好。與礦物油不同, 它可通過農(nóng)業(yè)和生物科學家的努力,充分利用自然資源進行再生產(chǎn),可供應量不會枯竭。（4）氫氣：氫燃料的性能優(yōu)于碳氫燃料。同礦物燃料相比,氫具有發(fā)熱量大、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、著火界限寬、點火能量小等優(yōu)點; 氫造成的污染小。氫在空氣中燃燒產(chǎn)生水和極微量的一氧化氮。鑒于以上優(yōu)點, 氫被認為是最具前景的汽車發(fā)動機代用燃料。氫內(nèi)燃機的理論空燃比為34.3:1, 遠遠高于汽油機。因氫氣為氣體燃料, 比液體燃料占據(jù)了更多的燃燒室空間,導致

37、空氣所占空間比例減小。由于氫氣有較低的點火能量限制, 易于點燃, 可采用汽油機的點火系統(tǒng)。燃燒稀混合氣火焰速度會減小, 宜采用雙火花塞。兩個火花塞同時著火, 燃燒室內(nèi)形成強烈的渦流, 火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤? 同時火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1 /2, 燃燒時間縮短, 提高了燃料熱量利用率, 另外還可以防止點火失敗, 保證發(fā)動機可靠運行。氫氣的分子結構簡單, 比熱比大, 理論上氫內(nèi)燃機的熱效率要高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機。發(fā)動機采用的壓縮比決定于燃料的抗爆震能力, 氫的辛烷值大于130, 遠大于汽油,故氫內(nèi)燃機可采用比傳統(tǒng)汽油機大的壓縮比。壓縮比大, 熱效率提高, 但相應的摩擦損失和傳熱損失也大。面對目前世界范圍內(nèi)油價上漲

38、和越來越嚴格的排放法規(guī), 各大汽車公司和研究機構都致力于提高發(fā)動機的熱效率、燃油經(jīng)濟性、降低排放和開發(fā)代用燃料汽車的研究。氫以其優(yōu)異的物理化學性能成為發(fā)動機的理想燃料。氫燃料汽車的最終出路是燃料電池, 但燃料電池的產(chǎn)業(yè)化是一個漫長的過程, 在此之前, 將傳統(tǒng)發(fā)動機改裝成燃氫發(fā)動機或雙燃料發(fā)動機相對容易實現(xiàn)。因此, 研究氫內(nèi)燃機有著光明的前景。（5）燃料電池：燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。燃料電池十分復

39、雜，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統(tǒng)及自動控制等學科的有關理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點?？偟膩碚f，燃料電池具有以下特點：（1）能量轉化效率高，他直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料電能轉換效率在45%60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%40%。（2）有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低，CO2排放因能量轉換效率高而大幅度降低，無機械振動。（3）燃料適用范圍廣。（4）積木化強，規(guī)模及安裝地點靈活，燃料電池電站占地面積小，建設周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是

40、分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適。（5）負荷響應快，運行質量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動，降低了現(xiàn)有變電設備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。燃料電池其原理是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由

41、外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。2.14 提高內(nèi)燃機熱效率采用高效率的內(nèi)燃機工作循環(huán)。如米勒(Miller)循環(huán)，高增壓、中冷循環(huán)，內(nèi)燃機與渦輪復合循環(huán)等。改進進氣系統(tǒng)，減小進氣阻力，采用低渦流的進氣道。進氣系與內(nèi)燃機進行良好的動態(tài)匹配，充分利用進氣的脈動或共振能量，使內(nèi)燃機的轉矩特性可在寬廣的轉速范圍內(nèi)有較大的提高(可提高10)，進氣管、進氣采用CAD、CAM、CAT技術。采用多氣門內(nèi)燃機。小轎車內(nèi)燃機從傳統(tǒng)的二氣門增加到3個、4個甚至5個氣門，以彌補高速時氣門時面值大幅下降(低1040)的需要，氣門正時也可隨工況而自動調節(jié)。改進燃燒室

42、及燃燒進程。改進燃燒室形狀及結構參數(shù)，提高壓縮比。在燃燒過程的研究手段上，采用可視化模擬實驗，利用先進的激光技術和高速攝影。出現(xiàn)了三維流動與燃燒模型對燃燒過程進行仿真計算的各種大型軟件。改進燃燒供給系。電控汽油機有將汽油噴在氣道內(nèi)發(fā)展到直接噴在燃燒室內(nèi)(像柴油機那樣)的傾向。 柴油機則采用高噴射壓力(配低空氣渦流)的噴油系統(tǒng)，如共軌式、蓄壓式、單體泵等。其最高噴射壓力從目前的近100MPa提高到120MPa150MPa。在提高噴射壓力的同時，燃油的噴油正時和噴油速率也可實現(xiàn)控制與調節(jié)。有噴孔數(shù)進一步增加、噴孔直徑進一步減小已達0.11mm0.12mm的趨勢。對噴孔的形狀也在進行研究，從單一的圓

43、形到其它形狀，如長方形或夾氣噴孔。另一方面，可改變噴射規(guī)律，如采用先少噴后多噴的型線凸輪，多次間隙噴射等方式。采用稀薄燃燒，高能點火?？杖急仍?0以上，點火能量在100 MJ以上。采用能量再生系統(tǒng)。如串接在內(nèi)燃機和變速器之間的電動機發(fā)電機和電容器等裝置的能量再生系統(tǒng)。當汽車加速時，電流回流到電動機內(nèi)幫助內(nèi)燃機對汽車加速；汽車停止時，系統(tǒng)將內(nèi)燃機關閉：汽車準備行駛時內(nèi)燃機重新平衡地起動，由于內(nèi)燃機不處于怠速運轉，汽車具有最佳的經(jīng)濟性。降低運動機件的摩擦損失。降低內(nèi)燃機與汽車質量。每降低汽車(包括內(nèi)燃機)質量100Kg，汽車百公里油耗可減小O.6 L0.7 L。2.15內(nèi)燃機與電動機的混合動力混合

44、動力驅動系統(tǒng)聯(lián)合使用兩種動力裝置，一種是傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機，另一種是電動機。整個系統(tǒng)由發(fā)動機、電動機、動力分配裝置、發(fā)電機、蓄電池和電流逆變器等部分構成。目前，混合動力汽車所需要解決的問題包括以下幾個方面：其一，進行動力分配裝置和能量管理系統(tǒng)的研究。其二，開發(fā)具備高比能量和高比功率經(jīng)濟實用的電池。其三，混合動力系統(tǒng)結構復雜，制造成本高，維修比較困難，售價相對較高。其四，建立更先進的驅動系統(tǒng)數(shù)學模型(包括靜態(tài)和動態(tài)的)，進行計算機仿真分析。具體來講要進行下面幾項關鍵技術的研究：首先混合動力單元技術在混合動力汽車上，熱力發(fā)動機又被稱為混合動力單元。為提高燃料經(jīng)濟性，對混合動力單元必然提出更多的要求，

45、例如要求混合動力單元能夠快速起動和關閉等。目前對混合動力單元的研究主要集中于：一是燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化；二是尾氣處理技術，主要研究高效的尾氣催化系統(tǒng)；三是代用燃料的研究。其次控制策略技術HEV產(chǎn)品開發(fā)中最關鍵的環(huán)節(jié)是根據(jù)不同的混合動力驅動系統(tǒng)制定和優(yōu)化其控制策略，國外通過系統(tǒng)建模仿真對此進行了大量的匹配理論研究。控制系統(tǒng)的開發(fā)首先是根據(jù)采集到的速度和負荷等數(shù)據(jù)，計算出對應的要求輸出功率：計算出以最高效率為基點的分配到內(nèi)燃機與電動機上的功率值，即實現(xiàn)內(nèi)燃機與電動機的最優(yōu)功率分配比；然后，根據(jù)功率分配比，求出驅動電動機的功率值和其它有關數(shù)據(jù)，給出內(nèi)燃機的控制參數(shù)和電動機的控制參數(shù)。同時，驅動執(zhí)行器完成這

46、兩個層次的工作控制。在執(zhí)行器設計中，功率分配裝置的設計及其與變速器的一體化設計是關鍵的部件設計工作。因為它要根據(jù)控制器的指令，正確地進行內(nèi)燃機功率向驅動車輛功率和驅動發(fā)電機功率的分解。再次能量存儲技術在電動汽車上，蓄電池的開發(fā)和充放電特性的研究是關鍵?，F(xiàn)在，鎳氫電池和鋰離子電池己可達到混合動力汽車的使用要求，但仍有價格高或壽命不長等缺陷。從發(fā)展看，能量儲存裝置的研究應該包括以下幾個方面：一是研究電池內(nèi)部的連接、檢測、監(jiān)控。二是電池設計和制造方面的改進，降低制造成本，改善電池的性能和提高壽命。適用于混合動力汽車的電池需要有較高的比功率，要達到的目標是，功率與能量比值大于20Wwh；使用壽命達到1

47、0年；至少循環(huán)使用12萬次。三是電池的熱能管理及剩余電量管理。此外，電池的剩余電量直接影響混合動力汽車的經(jīng)濟性和排放，因此需要有效的測試方法和控制裝置。從目前的發(fā)展來看，以計算機技術和自動控制技術，各種智能控將制系統(tǒng)包括自適應控制技術、模糊控制技術(Fuzzy)、專家控制系統(tǒng)(Expert System)、神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)(Neural Networks)等在混合動力汽車上的逐漸應用，將進一步促進混合動力汽車的發(fā)展。與傳統(tǒng)型汽車相比，混合動力汽車充分吸取了電力助力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢，在節(jié)能和排放上勝出一籌；與純電動汽車相比，HEV的電壓和功率等級與電動車類似，但蓄電池容量大大減小，因而其造價成本

48、低于電動汽車。當前HEV所面臨的主要技術問題還很多。盡管從長遠來看只是。一種過渡車型，但HEV在近2030年內(nèi)會很有發(fā)展前景，這一點是毫無疑問的。汽車行業(yè)專家預言，不久的將來，新生產(chǎn)的汽車中HEV占40以上。我國的汽車工業(yè)應順應科技發(fā)展趨勢，抓住HEV這塊市場，在國外產(chǎn)品涌入之前，集中科研力量攻關，迅速開發(fā)出自己的產(chǎn)品。2.16制動能量回收系統(tǒng)汽車的制動能量至今還是一個未被開發(fā)利用的能量，特別是對于需要頻繁起動和制動的市區(qū)行駛的汽車制動能量再生，是指汽車減速或制動時，將其中一部分機械能(動能)轉化為其他形式的能量，并加以再利用的技術制動能量再生方法的基本原理：先將汽車制動或減速時的一部分機械能

49、(動能)經(jīng)再生系統(tǒng)轉換(或轉移)為其他形式的能量(旋轉動能、液壓能、化學能等)，并儲存于儲能器中，同時產(chǎn)生一定的負荷阻為使汽車減速制動；當汽車再次起動或加速時，再生系統(tǒng)又將儲存在儲能器中的能量再轉換為汽車行駛所需的動能(驅動力)汽車上采用制動能量再生技術，有助于提高汽車能源利用率，減少燃料消耗，減輕制動器的熱負荷，減少磨損，提高汽車行駛安全性和使用經(jīng)濟性理論上汽車制動能量再生方法根據(jù)不同的儲能機理有空氣儲能、液壓儲能、飛輪儲能和電儲能儲能裝置通過行星排或錐齒輪副與原機械傳動構成雙流傳動，設法回收汽車制動能量，然后在汽車起步或加速時釋放，從而達到汽車節(jié)能的目的3.柴油機節(jié)能技術發(fā)展趨勢由于全球環(huán)

50、境面臨的問題，排放標準越來越嚴格，柴油機技術越來越復雜。未來柴油機技術發(fā)展必須加強燃燒前、燃燒過程、排后處理和清潔燃油等技術的研究開發(fā)，并對各優(yōu)化技術進行集成，綜合調控，使柴油機能在動力性、經(jīng)濟性及環(huán)保 3 個方面達到最優(yōu)化。許多國家正從事開發(fā)節(jié)油和低排放的柴油機。歐洲百公里油耗3 升的轎車和美國80mile/gal的PNGV 項目均旨在降低轎車的燃油消耗量。目前,對包括從轎車到載重汽車廣大范圍使用的柴油機研究的焦點大都集中在進一步提高其熱效率,降低油耗和CO2 排放, 并進一步降低以NOx 和微粒物為主的污染物排放。下面我們就來討論未來柴油機節(jié)能減排技術的發(fā)展方向。3.1優(yōu)化結構設計優(yōu)化結構

51、設計，減少摩擦與附件功率損失，提高機械效率。柴油機的有效效率等于指示效率與機械效率的乘積，因此，柴油機的燃油消耗率也直接受到機械效率的影響，國外在致力于完善缸內(nèi)工作過程的同時，也十分重視減少摩擦損失和提高機械效率的研究。此外，以德國MTU公司為代表的可變排量技術也是一種有效手段。3.2電控高壓共軌式噴射系統(tǒng)更加完善電控高壓共軌式噴射系統(tǒng)被認為是未來最有前景的控制系統(tǒng), 對于燃油噴射控制的原理,各種共軌噴射系統(tǒng)近期變化較小?？梢哉f將來的柴油機燃油噴射系統(tǒng)將會是高噴射壓力、噴油量及噴油定時可靈活控制、最佳噴油速率控制的這樣的一個趨勢,全電子控制的燃油噴射系統(tǒng)是實現(xiàn)燃油噴射過程柔性控制的必然趨勢。綜

52、合分析柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的研究歷史和現(xiàn)狀,柴油機電控噴射系統(tǒng)應將以下幾點作為發(fā)展動向:（1）使高壓技術進一步發(fā)展。最根本的解決尾氣排放達標問題辦法是提高共軌壓力。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是噴射壓力達180200MPa,甚至出現(xiàn)了“超高壓噴射”的概念。但相關研究也指出,在綜合考慮油束貫穿距離足夠大、壓力提高值對燃燒改善效果較明顯的前提下,最高噴射壓力取180 MPa。（2） 噴孔直徑向更小化發(fā)展、響應時間更短化和功率消耗更低化從而提高關鍵部件的可靠性和壽命。由于噴射壓力的提高,在電磁閥、噴油器的要求上相應提高,要求其響應速度快,高壓穩(wěn)定性好,同時可靠性好,使用時間長,這將都取決于零

53、部件制造技術的發(fā)展。關鍵技術采用壓電晶體噴油器而取代以前的電磁閥。（3）共軌系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟性。柴油機電控高壓共軌噴射系統(tǒng)的研究前景和趨勢:大力研制新型智能型傳感器,如研究更高精度和響應速度的傳感器;新型噴油器的研究,控制精度和速度的提高,噴油器的加工難度的降低,噴油器壽命的加長;共軌燃油壓力波動的控制和計算的研究,如持續(xù)恒壓反饋控制的進一步深入研究和完善;最佳控制策略的研究,入反復多次噴射的控制技術以及通過控制壓力調節(jié)噴油規(guī)律等;安全保護與提高故障診斷及緊急運行能力的研究;研究整個噴射系統(tǒng)優(yōu)化匹配;提高整個噴油系統(tǒng)的可靠性,降低制造成本;研究應用新材料和新的表面處理技術;提高噴油系統(tǒng)的耐久

54、性等等。3.3新概念燃燒將有所突破通過精確地控制柴油機缸內(nèi)燃油與空氣的混合以及缸內(nèi)溫度來控制柴油機的燃燒過程,可以達到同時降低柴油機燃油耗和排放的目的。柴油機的主要燃燒過程是擴散燃燒, 火焰前峰溫度極高,因此柴油機使用非均質混合氣時必然會產(chǎn)生高的NOx 排放。美國西南研究院研究的HCCI( 均勻充量壓縮燃燒)、 日本ACE 研究所的PREDIC( 預混合稀薄燃燒過程)、 本田的UNIBUS、 日產(chǎn)的MK 燃燒方式等,其基本原理都是使用稀薄的均質混合氣。已有的研究結果表明, 采用新概念燃燒方式,可以把NOx 排放降低到原柴油機的 2% , 微粒排放也很少。但這種新概念燃燒方式目前尚處于研究階段,

55、還存在許多問題。3.4發(fā)展代用燃料發(fā)達國家的經(jīng)濟主要依賴于油基燃料，而油基燃料的獲得是有限的，容易出現(xiàn)短缺，許多科學家已經(jīng)考慮到原油的儲存量、燃油的生產(chǎn)和原油的消耗等。未來的發(fā)動機不能僅考慮以石油為基本燃料，還要考慮使用其他新能源來取代石油。對內(nèi)燃機來說，有大量基油替代燃料可提供：（1）天然氣、 天然氣衍生燃料、 甲醇、 液化氣 （GTL）及二甲醚（DME）等；（2）氣態(tài)或液態(tài)的煤基代油燃料、 液化煤、 水煤漿；（3）生物燃料，如：甲酯（RME）、大豆、菜籽油、動物脂肪及液化生物（BTL）；（4）H2。通常這些代用燃料多含氧，不含硫和芳香烴，往往被人們稱為“清潔燃料”。天然氣目前被廣泛使用，尤

56、其是液化氣。生物燃料是道路機動車最具前景的替代能源，然而它的實際應用在歐盟國家只是占全部能源消耗的 11% 12%。其他的能源，如：太陽能、潮汐能、風能及地熱能很難直接代替油基燃料應用于機動車。3.5采用聯(lián)合動力聯(lián)合動力發(fā)動機是將發(fā)動機和其它的能源產(chǎn)生的動力混合使用。它可以是汽油與電混合，也可以是柴油與電混合，還可以是燃料電池與電機混合，或者還有其它方式的混合。 目前各國主要在開發(fā)油電發(fā)動機，也就是柴（汽）油發(fā)動機和電動發(fā)動機混合使用的發(fā)動機。傳統(tǒng)的柴油機需要在各種情況下提供動力，很多情況下柴油轉化成機械動力的效率過低。如果發(fā)動機只在能源轉換效率接近最高的范圍內(nèi)運轉，就能節(jié)省大約一半的能源。當

57、柴油發(fā)動機不能最有效地運轉或不能提供足夠的動力時，電動發(fā)動機就使用其儲存的能源供使用。電動發(fā)動機還能在機車減速時將動能轉變成電能儲存起來。3.6柴油消煙節(jié)能添加劑消煙節(jié)能添加劑是實現(xiàn)節(jié)能減排的一種最切實可行的途徑，一直是國內(nèi)外研究的重要方向。消煙節(jié)能添加劑的研究始于上世紀50年代，最早的消煙節(jié)能添加劑以金屬無機鹽為主，主要應用于民用和工業(yè)用鍋爐。到了70年代，隨著環(huán)境污染問題的出現(xiàn)，消煙節(jié)能添加劑得到了迅速的發(fā)展，國內(nèi)外在這方面開展了大量研究，如US4891049，US 5087267，CN 85109511，CN 1113087等所報道的專利技術。80年代后，由于擔心金屬鹽助燃劑燃燒造成二次污染以及某些產(chǎn)品廣告過度吹噓帶來的負面影響，消煙節(jié)能添加劑研究走向了低潮。進入21世紀，全球石油價格不斷攀升，消煙節(jié)能添加劑再次引起人們的關注。目前所研究的消煙節(jié)能添加劑，由于種類、成分不同，功能和效果也不盡相同，一般將其分為兩類，一類是含金屬或非金屬氧化物的有灰型助燃劑，一類是含純有機物的