柴油机低温燃烧技术综述

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1、2016-12-2209:44:13汽车工程学报2016年4期张志强赵福全李理光尺度（mm）■液体燃料匚二）富汕蒸发混合区

2、I1勺预混燃烧区域扩散火焰初始碳烟生成区域匚■热NO生成区域R碳烟紅化区域图1传统柴油机燃料喷射和NO’及碳烟生成区域■液体燃料匚二］油/空气混合物图15低负荷和早喷状态下低温燃烧内粵周围排放物生成区域［罔表1六种不同十六烷值的燃料及空燃料特性NPIPRF6-4R密度(15°C)/(kg-m'3)760789772动力粘度（30°C）/（mn?・s「】）2.053.202.51:十六烷值94196450%憎分温度/°C231236233低热值/(

3、MJ-kg_l)43.943.843.9/□■□■■、51£o1A-(qAvob〕、摘要：针对柴油机低温燃烧技术特点，将其研究成果和重点分成五个方面进行阐述，低温燃烧特性研究、低温燃烧过程优化研究、低温燃烧方式屮的有害产物生成特征研究、燃料特性对低温燃烧影响研究和低温燃烧闭环控制研究。在此基础上，对低温燃烧技术进行展望和总结，以期促进其发展,并使柴油机更加满足节能和环保的要求。关键词：柴油机；低温燃烧；氮氧化物排放；碳烟排放中图分类号：TK421文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.04.01节能和环保一直是影响内燃机技术发

4、展方向的两大要素。柴油机具有比汽油机更高的压缩比，热效率较髙，与同排量的汽油机相比，燃油消耗可以降低30%,二氧化碳(CO2)的排放量亦可减少25%。为此，国内外学者在内燃机领域都非常重视先进柴油机技术的研究。受限于柴汕机的传统燃烧方式(即扩散燃烧)所固有的局限性，柴汕机的主要排放物氮氧化物(NOX)和碳烟等较难同时改善。这主耍是由于NOx生成的主耍条件是高温富氧，如图I所示，NOX易在接近火焰前锋面的区域内生成，而碳烟*成的先决条件是富油缺氧。NOx和碳烟的生成条件互异,两者之间存在着权衡的关系，即降低NOx排放的同时碳烟排放容易增加，反Z亦然。为了改善柴油机的排放

5、问题，在国内外涌现出两种技术路线，一种是先通过优化柴油机燃烧过程，降低碳烟排放，再基于选择性催化还原技术(SelectiveCatalyticReduction,SCR)来降低NOx排放。另一种是先通过废气再循环(ExhaustGasRecirculation,EGR)降低NOx排放，再利用颗粒捕集系统(DieselParticulateFilter,DPF)来降低碳烟排放,从而达到同时降低NOx和碳烟排放的目的。然而这两种技术路线都会带來额外成本和配套建设等问题。因此，需要一种更加节能、减排和不需要(或尽量简化)后处理的柴油机新型燃烧技术，以满足更加环保的柴油机技术

6、发展需求。大量的专家和学者结合柴汕机燃烧过程进行研究发现，在传统柴汕机燃烧过程中，缸内局部当量比(①)和温度(T)的变化和发展过程必然会穿过满足NO*和碳烟生成条件的区域，从而导致在燃烧过程中会无法避免地产生NO*和碳烟排放，如图2所示。同时基于柴油机燃烧过程分析可知，当缸内温度低于1650K时，无论缸内的①和T如何变化和发展，燃烧过程都可以避开满足NOx和碳烟排放生成条件的区域，即可同时实现超低NO*和碳烟排放。因此一些新型的燃烧方式被提出，如Ryan和Callahan提出柴汕机均质压燃(HomogeneousChargeCompressionIgnition,HC

7、CI)可有效降低NO。和碳烟排放。在柴油机实际工作过程屮，绝对均质的混合气是难以制备的。后续的相关研究中，大量学者和研究人员提出了通过缸内燃油早喷方式制备准均质预混合气，即预混充量压燃(PremixedChargeCompressionIgnition,PCCI),该燃烧方式在柴油机缸内局部①・T图如图2所zjxo柴汕机低温燃烧方式(LowTemperatureCombustion,LTC)是在HCCI和PCCI等燃烧方式的基础上进一步发展而来的。LTC方式主要是通过EGR或可变压缩比及可变进排气门正时等方法來降低缸内平均温度和延长滞燃期，同时配合较高的喷汕压力，以改

8、善燃汕和空气Z间的雾化和混合过程，并且使燃油处于当量比小于2的范围，达到同时减少NO,和碳烟排放的目的。LTC方式具有较为广泛的适用范圉，学术界和工业界对其开展了大量的研究。为此，本文围绕柴油机LTC研究技术特点，对其进行分类(主要体现在LTC的燃烧特性研究、LTC的燃烧优化研究、有害产物生成特征研究、燃料特性对LTC影响研究和LTC闭坏控制研究筹五个方面)，并阐述了相关的最新研究成果。「LTC的燃烧特性研究Aceves和Flowers将简化混合机理和详细化学动力学机理相耦合，研究LTC方式下燃油喷射、雾化和燃烧及排放生成过程，结果发现，碳烟前驱体随