柴油发动机燃烧技术及汽车新能源

初金川，张 博

（山东华源莱动内燃机有限公司，山东 莱阳 265200）

随着全球能源枯竭问题加剧，各国都在积极寻找应对措施，社会上有关节能减排、寻找可替代新能源和清洁能源的呼声也越来越高，同时国家有关汽车尾气排放的法规要求也日益严格，要求大幅降低汽车尾气中有害物质的含量，所以改善燃烧技术的同时新能源的研发也被提上了各大科研机构的日程。

传统的汽车基本上都是使用柴油或汽油作燃料的。但是近年来，由于全球变暖和世界能源的短缺的影响，人们对低碳环保的要求越来越急迫，所以人们开始开发新型清洁能源，像甲醇、乙醇、天然气等被广泛用于开发新燃料，而且现在随着科技的进步又在大力开发电动汽车等新能源汽车。

1 柴油发动机燃烧技术

柴油因压缩比高、热效率较高，所以汽车在使用柴油时的平均油耗比使用汽油要低30%左右，由此可见柴油的经济性还是较好的。但是传统柴油机在使用的过程中，多用高压喷射的方法来制备柴油混合气，再借用气缸的高温使混合气自发燃烧。但是如果柴油机里的混合气燃烧不充分，就极易产生NOx、PM等有害物质。随着我国排放标准的提高，政府也越来越重视柴油机的节约环保能力。相关企业为了达到政府的要求，就应该加强对新能源的研究探索，加紧开发高性能低成本的柴油机，争取尽快在相关方面做出突破，达到引领世界潮流的目地。当然近年来像HCCI和低温燃烧等先进燃烧技术也层出不穷，相比与传统技术这些燃烧技术有很多传统方式所不具备的优势，能够在提高燃料的燃烧效率的同时降低碳排放，所以这些技术的应用前景还是很广阔的，值得深入研究。

1.1 均质充量压缩着火（HCCI）燃烧

均质充量压缩着火燃烧其实就是将柴油机设计的像汽油机那样，使柴油在燃烧时也形成均质混合气，使其燃烧更充分，以此消除扩散燃烧，当然此技术采用的压缩比较高，可控着火，尽量实现近似等压燃烧，其燃烧持续期短，燃烧效率高，既可以保持较高的动力性又可以增加燃油的经济性，这样就达到了节能减排的要求。HCCI节气门已被取消，泵气时的气体损失比较小，可实现气体的多点同时着火，减少了燃烧时间，但热效率更高，又因为柴油机内的燃烧反应几乎是同步进行的，有效降低了燃烧温度，这样就可以有效降低NOx和PM的产生，达到节能环保的目的。另外，如果柴油机采用HCCI燃烧模式还能达到简化发动机结构的目的，其燃烧和喷油系统将更加的简单，便于以后的维护和保养。HCCI的燃料选择性更好，可使像天然气、甲醇、乙醇等等多种清洁或可再生能源都可以作为它柴油机的燃料。

HCCI虽然在理论上的应用前景广阔。但想实际应用中也发现了许多问题，这些问题会严重影响该技术的应用，像制备柴油的均质混合气就很困难，现在就还没有发现适用的新方法；低负荷下的燃烧也不稳定，容易损坏气缸；着火相位和燃烧速率也难控制等等问题，所以HCCI技术想要在柴油机上大规模应用还需要一段时间。

1.2 低温扩散燃烧

柴油机的燃烧技术关键就是在降低微粒和NOx排放的同时还需降低燃烧的温度，其基本思路就是尽量使柴油与空气混合均匀，形成“均匀”的混合气，通过增加油气的混合接触面积以实现“低温”燃烧。这样柴油机燃烧室内的温度会低于NOx和碳烟的生成温度，达到减少这两种物质的产生的目的。但是目前基本无实际应用，HCCI燃烧和低温扩散燃烧都属于属于低温燃烧技术，但是二者还是有明显区别的，就像低温扩散燃烧需燃油喷射来控制，而HCCI则不用。综上就可以看出低温扩散燃烧的实际应用还是任重而道远。

1.3 富氧燃烧技术

早在20世纪60年代末，国外研究学者Karim就已经开始对柴油机富氧燃烧技术进行了相关的研究。我国起步较晚，相关领域的研究也较少，发动机富氧燃烧技术其实就是用比正常空气含氧浓度高的富氧空气为发动机进气的燃烧，通过提高柴油机的燃烧速率，提高燃料能量释放率，优化发动机里燃料的燃烧过程，达到减排的目的。但是富氧燃烧会增加NO的排放量，这也是一个技术漏洞。近年来研究人员对其做了改进，改进成了膜法富氧燃烧技术，该方法通过利用供应气体分离膜两边的压力差实现渗透和分离供应气体以获得高浓度气体的目的。对于柴油发动机来说，膜法富氧在提高动力性能的同时，能有效降低NOx和碳烟的排放，非常符合现在节能减排的追求。

2 汽车新能源

随着全球石油资源日益枯竭，同时环境污染也日趋严重，各国在能源枯竭和环保的双重压力下，只能不断开发汽车新能源，以求解决全球能源问题，下面就简单介绍几款新能源汽车。

2.1 燃气汽车

燃气汽车可分为使用液化石油气和压缩天然气的两类。燃气汽车的优点有很多，像安全、排放性能好、成本低、技术储备足等，是当前最理想的汽车替代品。同时天然气的储量也很丰富并且干净可靠又是清洁能源，其抗爆性好、自燃温度高是很适合作为替代燃料的。燃气与柴油相比，颗粒物和NOx排放要少很多，与汽油相比又能减少HC，NOx和CO的排放。因此，燃气汽车的应用前景还是很广阔的。

2.2 电动汽车

电动汽车是以车载电源为动力的车辆，现在在我国已经实现大量应用，其最大的优点就是充电自由方便，而且我国电价也很便宜，使用成本低。目前电动汽车上主要电源是铅酸蓄电池，但铅酸蓄电池比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，正随着蓄电池技术的进步逐渐被其他蓄电池所取代。像镍锅电池、钠硫电池、燃料电池等新型电源对环境影响相对传统汽车要小的多，前景被广泛看好，虽然目前技术还不成熟，但是以后会好的。

2.3 混合动力汽车

混合动力汽车现在已经有一些实际应用了，其是指在原有汽车发动机的基础上加装电动机来改善燃油消耗和动力输出的车型。在汽车起步、加速等高耗油的情况下，混合动力汽车通过辅助电动马达驱动来降低发动机油耗，达到减少油耗的目的。混合动力汽车可以达到想要的“零”排放，并且采用混合动力后可按自己需要调节内燃机的最大功率，但其造价较高，比较适合在高档车上使用该技术。

3结语

由此可见，在21世纪的在汽车和能源领域的基本发展方向就是改善柴油发动机的燃烧技术并且研发可以进行实际应用的新能源。在相关研究单位积极改善燃烧技术的同时，还要积极的寻找可再生能源来替代化石能源，还要控制好这些新能源的生产成本和使用价格，相信当可以替代化石能源的汽车新能源发展起来的时候，世界能源短缺问题会得到有效缓解。