内燃机燃烧技术综述

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1、内燃机燃烧技术综述目录前言传统内燃机燃烧技术压燃式发动机火花点燃式发动机内燃机技术的新发展内燃机燃烧技术新理论MK燃烧HCCI燃烧PREDIC燃烧HCDC燃烧前景展望前言内燃机的发展已日臻成熟，应用于社会生活的各个方面。但随着内燃机的保有量迅速增加，使得能源消耗和环境污染问题日益严重，相应地对内燃机提出了新的技术要求。如今保护环境的呼声日益高涨，内燃机废气中排出的主要有害物有CO、HC、NOx、PM。如何降低内燃机有害排放物，是大家共同关心重视的课题。一方面，通过机内净化技术，如柴油机采用电控高压共轨喷射技术，并结合燃烧系统、进排气系统的优化改进，使得整机的排放性能得到极大的

2、改善；另一方面，通过机外净化技术，如汽油机成功应用的三元催化技术，将CO、HC、NOx排放量控制在非常低的水平。使得内燃机的总体排放水平与以前相比有了质的飞跃，当然距离保护环境的要求还有相当的差距。为此内燃机工作者正在探索既经济又有效的新途径来进一步降低排放，满足环境保护的要求。1传统内燃机燃烧技术1.1压燃式发动机右图是典型柴油机的放热率曲线图。由于从开始喷油到着火燃烧存在一个着火迟后期，因此在放热曲线图的初期存在一个放热率峰值区，该放热率形状由预混合期内喷人的燃油量及所形成的可燃混合气所决定。该混合气量越多，初始放热率峰值越高，相应地燃烧最高温度就越高，N0x排放也就增加

3、。其后接着进行扩散燃烧，燃油空气边混合边燃烧。由此可见传统柴油机需要高的喷射压力，以及适当的空气涡流强度，保证扩散燃烧充分完成，以便降低排气烟度。1传统内燃机燃烧技术1.1压燃式发动机主要优缺如下：热效率高、燃油经济性好。与点燃式发动机相比，由于可以采用较高的压缩比，因此热效率比较高，经济性好。HC,CO排放要好于汽油机。振动噪音大。由于在上止点前的第一阶段非均质预混合燃烧会引起较高的压力升高率，因此该种燃烧方式的振动噪音比汽油机的要大。排气烟度高。由于燃油与空气不可能全部预混合，而是以边混合边燃烧为主的扩散燃烧，从而导致排气烟度高，尤其在高负荷时。高的NOx、PM排放。由于

4、第一阶段的非均质预混合燃烧会引起较高的燃烧温度，而且燃烧室空气又较富裕，因此NOx排放较高;同时由于扩散燃烧的存在导致不可能完全燃烧，从而引起PM排放比汽油机要高。1传统内燃机燃烧技术1.2火花点燃式发动机右图是汽油机的放热率曲线图。由于与柴油机相比，汽油机属于典型的预混合燃烧，因此放热率曲线没有类似柴油机那样的初始阶段的高脉冲峰值。1传统内燃机燃烧技术1.2火花点燃式发动机主要优缺如下：热效率低、燃油经济性差。为了防止爆震，汽油机的压缩比较低，因此热效率低、燃油经济性差。与柴油机相比HC,CO排放高。工作运转平稳。在进气行程燃油就喷入进气管，这样燃油与空气有足够的时间在着火

5、前进行充分地混合，形成基本均匀的可燃混合气，因此汽油机工作比柴油机要来得柔和，振动噪音小。当然由于燃油喷在进气管，这样就不可避免地引起部分燃油吸附在管壁上，因此导致了HC,CO排放比柴油机要高。NOx,PM排放低。由于基本均匀的预混合燃烧，PM排放比较低。同时由于较低的燃烧温度，使得NOx排放也比柴油机低。1传统内燃机燃烧技术1.3内燃机技术的新发展柴油机的高压共轨喷射技术电控高压共轨系统由高压泵、轨、喷油器控制电磁阀、各类传感器、电控单元(ECU)所组成。燃油经过高压泵增压后送到轨道内，再由轨道通过高压油管送到喷油器在喷油器上安装控制喷油时间、喷油量的电磁阀，该电磁阀的动作

6、由ECU根据各传感器的反馈信号来进行控制。近几年发展起来的柴油机高压共轨喷射技术，由于其喷射压力不随负荷、转速而变动，在低转速低负荷时仍能维持高的喷射压力，因此使得柴油机性能得到大幅度提高。特别是结合电控技术后，能够实现灵活的预喷、后喷技术，满足较高的排放性能要求。1传统内燃机燃烧技术1.3内燃机技术的新发展汽油机缸内直喷(GDI)由于传统汽油机与柴油机相比存在节气门，使泵气损失增加，机械效率降低。为了克服上述缺点，开始了缸内直喷技术研究。燃油喷射不在进气管而与柴油机一样改在汽缸内直接喷射。GDI发动机的主要优点有:a.发动机燃油经济性得到重大提高，特别是部分负荷的经济性可改

7、善30%~35%；b.瞬态工况改善，可降低又对加速加浓的要求;c.能快速起动(一般12个循环即可起动)，对起动加浓的要求低;d.HC,CO排放指标能够改善。2内燃机燃烧技术新理论尽管近来内燃机性能有了突飞猛进的改善，但是由于保护环境的需要，世界各国对排放法规的要求也越来越严格，下图是NOx排放法规的变化趋势。2内燃机燃烧技术新理论MK新理论HCCIPREDICHCDC调谐动力方式燃烧均质充量压缩点火预混合稀薄燃烧均质充量柴油燃烧2内燃机燃烧技术新理论2.1MK燃烧日本日产公司提出的MK燃烧系统如下图所示