均质压燃在内燃机燃烧技术中的应用进展与展望精要.doc

均质压燃在内燃机燃烧技术中的应用进展与展望 姓名：xxx 学号：xxx 联系电话：xxx 导师：xx 学院：xxx 摘要：均质压燃式(HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时有效降低柴油机的NOx和破烟排放,并提高柴油机的循环热效率。本文阐述了“均质压燃、低温燃烧”新一代内燃机燃烧技术的背景、研究现状以及所取得的主要研究进展。 关键词：均质压燃；低温燃烧；燃烧理论；燃料改质 1 概述 燃烧技术是内燃机的核心技术，回顾内燃机过去 30 余年的发展历程可以清晰看到，满足日益严格的排放法规已成为内燃机燃烧技术进步的主要推动力。以美国重型商用柴油机为例，EPA 2010 年法规微粒限值（0.01 g/hp·h）和 NOx限值 (0.2 g/hp·h) 都仅相当于 1978 年法规限值的1%( 微粒：1.0 g/hp·h；NOx：20 g/hp·h）。在满足每一阶段越来越严格的排放法规中，内燃机高效清洁燃烧技术发挥着关键作用，燃烧技术的进步总是超出人们的预期。Richards[1]和 Needham[1]分别于 1988 年和 1989 年先后在 SAE 发表论文认为要满足美国 1994 年排放法规必须采用微粒过滤器（DPF）。此后，人们认为后处理技术是满足 1998 年排放法规的重要手段。英国 Perkins公 司 Fred Brear 1996 年 报 告 指 出：DPF 在 2000年大规模使用该技术[2]。但是，事实上目前先进柴油机燃烧技术在满足欧 IV-V 法规（相当于EPA法规）仍可以不采用 DPF 后处理器，这充分显示出燃烧技术在内燃机节能和降低有害排放方面的巨大潜力。因此，内燃机高效清洁燃烧技术的研究一直都是国际内燃机界研究的热点和前沿课题。20 世纪 90 年代后期，尤其是 21 世纪以来，内燃机除了面临满足越来越严格的有害排放法规的挑战，还面临着 CO2法规（燃油经济性）挑战，CO2法规逐步成为推动内燃机燃烧技术进步的又一主要因素，内燃机燃烧理论和燃烧新技术的研究进入了一个新的活跃时期。针对未来超低排放，甚至零排放的有害排放法规和 CO2法规，人们提出了不同的内燃机新型燃烧方式，如均质压燃（HCCI）、预混合充量压燃（PCCI）、低温燃烧（LTC）、预混合分层压燃（PSCCI）等。综观这些燃烧方式，其核心就是改变以传统柴油机为代表扩散燃烧方式和以传统汽油机为代表的火花点燃的火焰传播燃烧方式，采用预混合、压燃、低火焰温度的燃烧方式，实现内燃机高效清洁燃烧。国内学者将这一新型燃烧方式统称为“均质压燃、低温燃烧”新一代内燃机燃烧方式。 2 新一代内燃机燃烧技术——“均质压燃” “均质压燃、低温燃烧”是一种新型的的内燃机燃烧方式，这一概念是经历国内外学者数十年对内燃机的研究形成的。早在1979 年Onishi 等人为了提高二冲程汽油机热效率时，发现汽油机在部分工况下利用缸内大量的残余废气，不用点燃也可平稳运转，并称为活化热氛围燃烧过程。这一燃烧过程被广泛认为是最早提出的具有均质压燃特征的燃烧概念。HCCI燃烧是一种全新的内燃机燃烧方式，并不同于传统的发动机燃烧，通常其燃料和空气先形成均质混合气再进入气缸，活塞上行压缩使得混合气升温而自发着火。HCCI的燃烧方式与传统的点燃式发动机和压燃式发动机都有一定的类似之处，表面上看基本上是两种燃烧模式的结合产物，然而HCCI燃烧模式并不是点燃式发动机与压燃式发动机的简单机械式结合。点燃式发动机燃烧时，主要靠热扩散来实现火焰从点火点到周边的传播，是有明显的火焰前锋面的；而压燃式发动机燃烧时，主要是依靠燃料在缸内的喷雾扩散，小的燃油颗粒与高温空气中的氧发生反应而燃烧，通常称为扩散燃烧。在这两种燃烧模式，充量在燃烧室内存在物理量上的不均衡，而发生热扩散或物质扩散，从而导致了NOx和碳烟的排放。在HCCI燃烧过程中，缸内充量高度均匀，在活塞上行过程中，各处充量温度同步提高，进而几乎同时达到自发着火的条件而同时发生着火反应。因此，理论上讲均质压燃发动机的气缸内既没有热扩散也不存在燃料扩散。并且，HCCI 发动机的混合气浓度较低，是稀薄燃烧，因此燃烧温度也较低。三种燃烧模式的对比如图1所示。 图1 柴油机、汽油机与均值压燃发动机燃烧