柴油机节能减排技术

柴油机节能柴油机节能 减排技术减排技术 邹克俭邹克俭 0814040207 柴油机节能减排技术柴油机节能减排技术 摘要摘要 随着能源紧缺和环境污染问题的日益严重 当前国内外法规对柴油机节 能与排放的要求越来越高 柴油机节能减排枝术发展面临着新的挑战 文章主 要从柴油机燃烧与喷射枝术等 4 个方面介绍了国内外柴油机枝术的发展现状 分析了当前柴油机在节约能源和降低污染物排放方面的研究进展 指出使用代 用燃料及采用联合动力是未来柴油机技术的发展趋势 关键词关键词 柴油机 节能减排 降低能耗 代用燃料 随着随着世界范围内的能源危机和环境污染问题的日益严重 人们对于发动机 在节约能源和控制污染物排放方面的要求日趋严格 如何满足日益严格的排放 法规要求 同时又提高热效率 是汽车主流动力内燃机的生存压力 也是其发 展动力 文章介绍了柴油机节能减排技术的发展 并展望了研究前景 1 柴油机节能减排技术的发展柴油机节能减排技术的发展 当前 柴油机节能与减排技术发展主要围绕 6 个方面 1 改善柴油机的燃烧过程 包括 优化燃油喷射过程 优化柴油机进气 过积 控制柴油机合理的喷油与进气定时 采用合理的工作循环 2 提高柴油机平均有效压力 增加柴油机效率 包括 提高增压压力 采用增压中冷技术 采用新型材料减少摩擦损失与热损失及减小附 带设备功率消耗 3 减少柴油机排放 包括 废气再循环技术和排气后处理技术 4 高质量的燃油品质 包括 乳化柴油的应用 助燃气体富集氧和氢 5 采用能量再生系统和联合动力内燃机 6 开发清洁代用燃料 1 1 燃烧与喷射燃烧与喷射 采用可视化模拟实验 先进的激光技术 高速摄影技术及三维流动与燃烧 模型对燃烧过程进行仿真计算 借助计算流体动力学 把柴油机复杂多样的燃 烧过程抽象成均匀过程 避免了使用高昂代价和较人容量的废气分析系统 近 几年这方面的研究己经取得一定进步 喷射技术的发展主要是提高喷射压力与改善喷油器结构 燃油喷射对混合 气的形成 燃烧过程及排放物的形成都有很大影响 一些系统支持多重喷射以 减少油雾在燃烧室内的射程 并能控制燃油喷射速率 通过改变喷孔几何形状 来调节燃油喷雾 可变喷嘴可以自由改变油束角度和方句 另外实现高压燃油 喷射也是柴油机研究中的关键环节 喷油压力越高 燃油的雾化和分布均匀性 就越好 各缸的燃油和空气混合达到最佳 从而使燃烧得到改善 颗粒物的排 放降低 1 2 进气增压技术进气增压技术 柴油机废气涡轮增压器的发展是柴油机增压技术的标志之一 柴油机增压 技术有利于缩小柴油机体积 目前单级涡轮增压器增压比大约为 3 5 输出温度 大约为 230 单极涡轮增压器提高增压比时 必须要提高增压器叶轮转速并 且空气温度较高 因此两级涡轮增压成为一种选择 2 台压气机进行串联工作 最终增压比得到提高 这会使发动机平均有效压力得到很大程度地提高 两级 涡轮增压可以减少燃油消耗 可以避免装设高压涡轮和压气机 在进气压力向高增压发展的同时 增压中冷技术也被采用 这是因为增压 中冷可以增加进气量 缩短着火提前期 使燃烧得到明显改善 增压器在结构设计方面开发出了可变截面涡轮增压系统 VGT 使涡轮增压 器与柴油机的匹配随着工况的变化而始终处于一种良好状态 增压器进一步的发展是增压器采用能量再生系统 涡轮增压器中轴安装电 动机 发电机装置 它可以解决 4 个问题 1 发动机低转速运转时提高增压 压力 2 变速过程中保持涡轮增压器的转速 3 发动机功率较高时减小涡轮增 压器的转速 其阻力来自发电机产生的扭转阻力 4 在发电机模式下利用发电 机重新获得排气能量 把多余功率转化为电功率 1 3 电控共轨技术电控共轨技术 在 20 世纪 80 年代 燃油喷射电控系统 电喷系统 被采用 欧 立法要求 所有的欧洲柴油机车都要装备电喷系统 他们的控制系统集成了 VGTS 第 1 代 电子柴油机控制 EDC 使用了少量关键的传感器和执行器 简单的运算法则及输 出管理规划系统 第 2 代改进型 EDC 结合了更多的传感器控制小数量的执行器 这样的系统使用了多重管理分析与规划 带有简单的封闭循环控制特点 做出 修正后控制输出 第 3 代发动机的控制系统应用了大量的传感器和基于物理模 型的仿真传感器 这些系统对许多关键的参数采用闭环控制 电控高压共轨燃油喷射系统可以降低汽车碳烟和颗粒排放 提高发动机动 力性和燃油经济性 改善起动性能和降低燃烧噪声 是目前公认的最有前途的 车用柴油机燃油供给系统 1 4 废气处理系统废气处理系统 利用废气再循环系统 EGR 能减少燃烧中的氧含量 减少 NOx 的排放 要满 足 NOx 很低的排放标准 EGR 装置要结合废气后处理装置 废气后处理装置是 避免 NOx 排放和 PM 排放发生冲突的一个重要方法 基于欧 法规 许多欧洲 大功率车辆厂商采用废气后处理系统 目前 柴油机排气后处理技术主要有在 排气管中加装微粒捕捉器和选择性催化还原系统 加装的微粒捕捉器可有效清 除微粒 通过选择性催化还原法 SCR 来减低 NOx 排放 还有一种就是选用吸附 还原催化器 将废气中稀薄的 NOx 吸附起来 然后集中处理 2 柴油机节能减排技术的研究前景柴油机节能减排技术的研究前景 2 1 代用燃料代用燃料 发达国家的经济上要依赖于油基燃料 而油基燃料的获得是有限的 容易 出现短缺 许多科学家已经考虑到原油的储存量 燃油的生产和原油的消耗等 未来的发动机不能仅考虑以石油为基本燃料 还要考虑使用其他新能源来取代 石油 对内燃机来说 有大量基油替代燃料可提供 1 天然气 天然气衍生燃料 甲醉 液化气 GTL 及二甲醚 DME 等 2 气态或液态的煤基代油燃料 液化煤 水煤浆 3 生物燃料 如 甲酯 RME 大豆 菜籽油 动物脂肪及液化生物 BTL 4 H2 通常这些代用燃料多含氧 不含硫和芳香烃 往往被人们称为 清洁燃料 天然气目前被广泛使用 尤其是液化气 生物燃料是道路机动车最具前景的替 代能源 然而它的实际应用在欧盟国家只是占全部能源消耗的 11 一 12 其他 的能源 如 太阳能 潮汐能 风能及地热能很难直接代替油基燃料应用于机动 车 2 2 采用联合动力采用联合动力 联合动力发动机是将发动机和其它的能源产生的动力混合使用 它可以是 汽油与电混合 也可以是柴油与电混合 还可以是燃料电池与电机混合 或者 还有其它方式的混合 目前各国主要在开发油电发动机 也就是柴 汽 油发动机 和电动发动机混合使用的发动机 传统的柴油机需要在各种情况下提供动力 很多情况下柴油转化成机械动力的效率过低 如果发动机只在能源转换效率接 近最高的范围内运转 就能节省大约一半的能源 当柴油发动机不能最有效地 运转或不能提供足够的动力时 电动发动机就使用其储存的能源供使用 电动 发动机还能在机车减速时将动能转变成电能储存起来 最近美国 Scuderi Croup 公司还展出了一种空气燃油混合动力发动机 Air Hybrid Engine 这种发动机在压缩气缸和动力气缸之间配置有高压罐 可以将 减速时产生的再生能源作为压缩空气储存在高压罐中 高压罐充满后 可关闭 压缩气缸的阀门减少泵送损耗 改由高压罐向动力气缸供应压缩空气 可以高 效驱动发动机 该技术既可用于汽油发动机 也可用于柴油发动机 与原来的 发动机相比 燃效可提高 25 一 50 NOx 最多可削减 80 另外 由于只 需采用发动机技术就可以回收再生能源 与配备发电机和电池的混合动力车相 比 可大幅降低成本 由于全球环境面临的问题 排放标准越来越严格 柴油机技术越来越复杂 未来柴油机技术发展必须加强燃烧前 燃烧过程 排后处理和清沽燃油等技术 的研究开发 并对各优化技术进行集成 综合调控 使柴油机能在动力性 经 济性及环保 3 个方面达到最优化 3 结论结论 再生制动能为电动汽车提供很好的辅助制动通过功能 并且能通过电机发 电来达到节约能源 延长电动汽车续驶里程的目的 合理的控制再生制动 使 之与机械制动很好地协同工作 将使电动汽车拥有忧良的制动性能及节能性能 通过全面系统地分析再生制动的特性 并在此基础上分析再生制动的运行控制 问题 得出了一套较好的控制策略 为进一步开发设计具体的控制系统及算法 奠定良好的基础 参