柴油机低温燃烧的技术

1、一种利用柴油机低温燃烧实现机内净化的技术 柴油的理化性质柴油机的主要排放污染物柴油机低温燃烧理论及其实现方式 降低NOx和soot排放实现低温燃烧的途径结 语柴油的理化性质柴油的理化性质 （1）自燃性 在无外源点火的情况下，柴油能自行着火的性质叫自燃性，使其自行着火的最低温度叫做自燃温度。柴油的自燃性用十六烷值衡量。 （2）低温流动性 当温度降低时，柴油中所含的高分子烷族烃和燃料中夹杂的水分开始结晶析出，柴油变得浑浊，该温度称为柴油的浊点。温度进一步降低时，柴油完全凝固，该温度称为凝点。柴油机的主要排放污染物柴油机的主要排放污染物 柴油机的油气混合不像汽油机那么均匀，它是通过把柴油高压喷入已压

2、缩到温度很高的空气中迅速混合、自燃而工作的。所以总有一部分燃料不能完全燃烧，造成以碳为主体的微粒排放。同时，由于混合气不均匀，燃烧过程中局部温度很高，并有过量空气，因此导致大量NOx 的生成。柴油机的过量空气系数很大，因此CO和HC的排放量相对较小。 柴油机低温燃烧是一种新型的燃烧方式，其实现方法是通过大量的废气再循环（EGR）,降低缸内温度，同时实现较低的NOx排放。从柴油机的燃烧过程看，NOx和微粒的生成不可避免，而NOx和微粒生成条件互异的特点和直喷式柴油机喷雾燃烧的特性，使得降低NOx排放的措施往往使碳烟排放增加，而降低碳烟排放的技术也会造成NOx排放增多，二者的控制呈现“此消彼长”的

3、矛盾态势。由于后处理器技术成本较高，且受到后处理器转化效率的限制，因此通过内燃机机内净化有可能是最有效、最经济的净化措施。柴油机低温燃烧理论及其实现方式柴油机低温燃烧理论及其实现方式 图图1 在在-T平面上柴油机的传统燃烧模式平面上柴油机的传统燃烧模式低温燃烧低温燃烧 当缸内燃烧温度可以保持在低于1650K的水平，无论当量比如何，燃烧都可以避开NOx和碳烟的主要生成区域，这种燃烧模式就是低温燃烧 。 与传统直喷式柴油机的燃烧相比，低温燃烧模式通常增加燃烧前的油气混合或利用EGR技术，空气或EGR稀释后的混合气使燃烧温度降低，从而减小NOx的生成，均质混合气的形成减少了局部过浓的区域，从而减少了

4、碳烟的形成。同时，稀薄的混合气也有利于抑制碳烟的生成。 降低NOx和soot排放实现低温燃烧的途径 传统柴油机燃烧方式的缸内混合气浓度和温度历程不可避免的先后进入高soot和高NOx生成区域(如图黄色曲线ABCDE所示)，这表明柴油机非均质燃烧的性质使其必定会同时产生数量较高的NOx和瑚排放而且这两者之间存在Trade-Off关系，想要同时降低这两者的排放量难度很大。图图2 降低柴油机降低柴油机NOx和和soot排放的途径排放的途径如图2所示，避开高NOx和高soot生成的当量比和温度区域主要方法有：1、均质稀薄混合气低温燃烧2、浓混合气低温燃烧3、浓混合气高温燃烧 均质稀薄混合气低温燃烧，燃

5、烧相位与喷油时刻关系不大而主要由化学动力学决定。这种实现低烟燃烧的方法主要是减少局部当量比。HCCI(均质充量压缩燃烧)就是降低当量比的典型燃烧概念。该类系统燃油与空气完全预混，在燃烧开始的时候混合气接近均质，各处的局部当量燃空比均小于1，整体燃烧后热量在缸内均匀分布，实现低温燃烧。图3给出了LTC和HCCl的-T关系以及工作范围示意图。1、均质稀薄混合气低温燃烧图3 LTC和HCCI的-T关系研究表明，HCCI燃烧过程主要由燃烧反应动力学所控制，因此缺乏直接有效控制HCCl燃烧过程的手段，尤其是在瞬态工况。 浓混合气低温燃烧，燃烧相位的控制与燃油喷射参数有很大关系。其基本特点是喷油时刻与燃烧

6、开始时刻之间的时间间隔短，不可能实现燃油与空气的彻底混合，在燃烧开始的时候有相当大的区域存在 1的情况。为了降低扩散燃烧过程中的燃烧温度，可以采用各种策略，如大量的冷却EGR、低压缩比、延迟喷油定时等措施实现低温燃烧。2、浓混合气低温燃烧 由以上分析可知，均质的稀薄混合气(HCCI燃烧方式)和浓混合气低温燃烧都可以降低NOx和soot生成。但是，由于缺乏直接有效控制HCCI着火时刻和燃烧反应速度的手段，要将HCCI运用于系列产品还需要对其进行重大的改进。而浓混合气低温燃烧方式，有在化学当量比和更高当量比情况下同时实现无烟和低NOx排放的潜力。通过采用大流量冷却EGR(50或者以上)降低混合气中的氧浓度，稀释混合气，将燃烧温度降低到碳粒生成区以外的低温侧，当量比分布和传统的柴油机燃烧相似，再加上调节喷油定时可以达到同时降低碳烟和NOX排放的效果