天然气内燃机燃烧问题的基础分析
天然气内燃机燃烧问题的基础分析
摘要：天然气被认为是内燃机较为理想的替代燃料，但是天然气内燃机存在燃烧放热，燃烧循环变动，燃料特性等方面的问题。对此，本文主要介绍了天然气发动机的燃烧和排放的特点、降低天然气发动机NOx排放的措施，以及对天然气发动机功率下降问题的应对措施。
关键词：天然气；发动机；内燃机
1.天然气汽车的发展及发动机燃烧过程的研究
汽车工业的迅猛发展，对石油的需求量越来越大，而汽油和柴油都是不可再生资源。现在天然气发动机越来越受到汽车公司和各高校的青睐，我国20世纪50年代就已开展对天然气汽车的研究，五六十年代在我国四川省开始局部推广使用常压天然气汽车，特别是压缩天然气汽车已在全国各地推广应用。正是因为天然气汽车具有很好的经济、环保和社会效益，所以近几年在我国发展非常迅速，从1999年初的不足1万辆发展到2006年底，全国已拥有天然气汽车近15万辆，而到了2014年是中国天然气汽车爆发式发展的一年，数量虽未可统计，以北京市为例，部分公交车已使用燃用液化石油气（LPG）等代用燃料，并且这种应用将会更加普及。
如今随着汽车运行的经济性的要求和排放限值的提高，对发动机的燃烧系统的设计提出了越来越高的要求，近几十年来，各个国家的汽车公司，高等院校都投入了大量的人力物力进行火化点火发动机燃烧的基础研究工作，涉及到燃烧室内的气体流动，燃烧过程的传质传热，化学反应动力学，火焰传播和火焰结构，有害排放的生成机理与控制，燃烧过程的数值模拟，稀薄混合气和分层燃烧的实现等等。由于实际发动机的燃烧、传热、蒸发与扩散等过程十分复杂，加之伴随有循环变动，要控制每个循环的燃烧条件不变化非常困难，试验结果的可比性不强，因此内燃机的燃烧研究大都在模拟装置中进行，尤其在定容燃烧弹中进行的居多。
2.天然气的理化特性
天然气是一种复杂的碳氢化合物，其主要成分是甲烷（CH4），体积分数占80～95%（因其产地而异），另外还含有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、正丁烷（C4H8）、异丁烷（C4H8）、戊烷（C5H10）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等，它们各自所占的体积分数因产地而异。车用天然气必须经脱水、脱烃、脱硫等净化处理，才能成为一种优质、高效、清洁的代用燃料。天然气与汽油、柴油理化特性的比较如表l所示：
3.天然气内燃机燃烧问题基础分析
3.1增压中冷技术
RCCI燃烧技术研究
论文题目发动机RCCI燃烧技 术方案研究学生姓名______________________________________ 学生学号S150200369 _______________________ 专业班级________ 学院名称__________ 指导老师杨小龙_____________________________ 2015年10月日
摘要 在环境问题日益严重的今天，汽车排放的净化处理技术显得愈加重要。以现有的后处理技术，虽然可以使排放数值达到标准，但是其后续的费用、复杂的结构、昂贵的原料使得排放性和经济性无法得到平衡。 本文旨在解决过分依赖后处理来提高排放所引出的问题，通过优化缸内燃烧过程，运用RCCI技术降低排放、减轻后处理负担，最大限度的平衡经济性和排放性的国四柴油机技术的匹配。RCCI ( Reactivity Con trolled Compressio n Ign itio n)是比较新的一种低温预混合燃烧并且可以实现燃烧相位可控的均质稀燃技术，本文通过进气道喷射汽油进 行预混合，在缸内直喷直喷柴油后压燃混合气，通过两种燃油质量比的改变控制燃烧相位，达到小负荷不熄火、高负荷不粗暴的目的，同时有着较高的热效率。为了进一步净化CO和HC的排放污染，搭配催化氧化技术(DOC)的RCCI内燃机，可以在原有极低的NOx和soot排放的基础上达到四种排放物数值同时降低到国四标准以下的程度，并且有望实现对于燃烧效率和排放性能的平衡。 关键词：国四排放标准，RCC DOC PFI，DI
1、引言 1.1课题背景及目的和意义 环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。汽车作为人们日常生活中不可或缺的部分，其造成的排放对于环境的影响愈加严重⑴。世界各国对于汽车排放的法规颁布随着技术的发展日趋严格，排放性能的要求对于汽车的研发环节的影响也同样占据了越来越重的比例。相比于汽油机，柴油机的良好的热效率和经济性，以及很低的CO和HC排放，受到厂商和研发机构的青睐。然而，传统CDC柴油机存在一个难以解决的问题一一NOx和soot碳烟的排放无法降低。原因在于，高温富氧促进了NOx的生成，而为了减少NOx排放而降低燃烧温度的做法，又减少了对soot的氧化，从而增加了soot的排放。因为传统CDC柴油机缸内燃烧以扩散燃烧为主，这种矛盾很难解决，只能通过改变燃烧机理，利用新的燃烧方式来尝试解决。 1.2国内排放法规现状 目前地方政府的措施已取得了一些成效，据统计，从2000年到2010年，在中国机动车保有量总量翻3倍多的情况下，污染物排放量仅增加了0.3倍，各项污染物均实现50%以上的消减，采取的控制措施累计减少了3800万吨氮氧化物、4450万吨碳氢化合物、2.387亿吨一氧化碳和700万吨颗粒物的排放。 轻型柴油车国四标准于2005年颁布，规定从2011年7月1日起，全部正在制造和已经售出的轻型汽车，必须符合国四污染物排放标准。然而，由于尚未出台国四车用燃油标准，仍然无法保证符合标准的车用燃油全国范围内的及时供应，决定将国四标准施行日期推延至2013年7月1日［2］。 2013年7月1日，国四限定实施日期即将到来前，部分整车企业得到消息，由于SCR后处理技术所需要的尿素供应仍然无法确保供应，因此，相关国家部门将国四排放 标准实施日期再次推迟。同时，自2013年7月1日起，国三排放的车型将不再允许上工信部公告。 事实上，很多大型柴油机厂商早都已经开始基于国四标准提前进行产能和技术建设。其中，
第五章 内燃机的燃烧
第五章 内燃机混合气的形成和燃烧 5．1内燃机缸内的气体流动 缸内气流运动对混合气形成和燃烧过程的影响，从而影响动力性、经济性、燃烧噪声、排放等。 一、涡流 在进气过程中形成的绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。主要由进气道形状和发动机转速决定。 产生方法：1、带导气屏的进气门；2、切向气道；3、螺旋气道。 评价方法：气道稳流试验台；Ricardo 方法； 流量系数：定义为流过气门座的实际空气流量与理论空气流量比0F Q C Av = 涡流强度：叶片风速仪或涡流动量计。 流体计算软件（CFD ）；激光测量方法。 二、滚流 在进气过程中形成的绕气缸轴线垂直线旋转的有组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。 作用：增强压缩末期的湍流强度和湍流动能。 是汽油机实现稀薄燃烧的重要手段，四气门蓬顶形燃烧室汽油机。 斜轴涡流：既有绕气缸轴线旋转的横向分量，也有绕气缸轴线垂直线旋转的纵向分量。 三、挤流 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称为挤流。增强燃烧室内的湍流强度。 四 湍流 在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流，是一种不定常气流运动。分为：气流流过固体表面时产生的壁面湍流和同一流体不同流速层之间产生的自由湍流。 ()()U t U u t =+ 五、热力混合 在旋转气流中火焰向燃烧室中心运动，又将中心部分的新鲜空气挤向外壁，促进空气与未燃燃料混合的作用称为热力混合作用。 5.2 点燃式内燃机的燃烧 一、预混燃烧与扩散燃烧的概念 在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合，这种可燃混合气的燃烧为预混燃烧。主要包括汽油机和气体燃料发动机。 柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的情况下，由于混合过程比反应速率慢，燃烧速率由混合过程控制，这就是扩散燃烧。 二、点火过程：
内燃机简介
内燃机 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 内燃机的发展历史 活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。 活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。 之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。 英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。
RCCI燃烧技术研究
HUNAN UNIVERSITY 流体力学论文 论文题目发动机RCCI燃烧技 术方案研究 学生姓名明阳 学生学号S150200369 专业班级动力工程及工程热物理 学院名称机械与运载工程学院 指导老师杨小龙 2015年10月日
摘要 在环境问题日益严重的今天，汽车排放的净化处理技术显得愈加重要。以现有的后处理技术，虽然可以使排放数值达到标准，但是其后续的费用、复杂的结构、昂贵的原料使得排放性和经济性无法得到平衡。 本文旨在解决过分依赖后处理来提高排放所引出的问题，通过优化缸内燃烧过程，运用RCCI技术降低排放、减轻后处理负担，最大限度的平衡经济性和排放性的国四柴油机技术的匹配。RCCI（Reactivity Controlled Compression Ignition）是比较新的一种低温预混合燃烧并且可以实现燃烧相位可控的均质稀燃技术，本文通过进气道喷射汽油进行预混合，在缸内直喷直喷柴油后压燃混合气，通过两种燃油质量比的改变控制燃烧相位，达到小负荷不熄火、高负荷不粗暴的目的，同时有着较高的热效率。为了进一步净化CO和HC的排放污染，搭配催化氧化技术（DOC）的RCCI内燃机，可以在原有极低的NOx和soot排放的基础上达到四种排放物数值同时降低到国四标准以下的程度，并且有望实现对于燃烧效率和排放性能的平衡。 关键词：国四排放标准，RCCI，DOC，PFI，DI
1、引言 1.1 课题背景及目的和意义 环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。汽车作为人们日常生活中不可或缺的部分，其造成的排放对于环境的影响愈加严重[1]。世界各国对于汽车排放的法规颁布随着技术的发展日趋严格，排放性能的要求对于汽车的研发环节的影响也同样占据了越来越重的比例。相比于汽油机，柴油机的良好的热效率和经济性，以及很低的CO和HC排放，受到厂商和研发机构的青睐。然而，传统CDC柴油机存在一个难以解决的问题——NOx和soot碳烟的排放无法降低。原因在于，高温富氧促进了NOx的生成，而为了减少NOx排放而降低燃烧温度的做法，又减少了对soot的氧化，从而增加了soot的排放。因为传统CDC柴油机缸内燃烧以扩散燃烧为主，这种矛盾很难解决，只能通过改变燃烧机理，利用新的燃烧方式来尝试解决。 1.2 国内排放法规现状 目前地方政府的措施已取得了一些成效，据统计，从2000年到2010年，在中国机动车保有量总量翻3倍多的情况下，污染物排放量仅增加了0.3倍，各项污染物均实现50%以上的消减，采取的控制措施累计减少了3800万吨氮氧化物、4450万吨碳氢化合物、2.387亿吨一氧化碳和700 万吨颗粒物的排放。 轻型柴油车国四标准于2005年颁布，规定从2011年7月1日起，全部正在制造和已经售出的轻型汽车，必须符合国四污染物排放标准。然而，由于尚未出台国四车用燃油标准，仍然无法保证符合标准的车用燃油全国范围内的及时供应，决定将国四标准施行日期推延至2013年7月1日[2]。 2013年7月1日，国四限定实施日期即将到来前，部分整车企业得到消息，由于SCR后处理技术所需要的尿素供应仍然无法确保供应，因此，相关国家部门将国四排放标准实施日期再次推迟。同时，自2013年7月1日起，国三排放的车型将不再允许上工信部公告。
内燃机工作过程
内燃机工作过程的研究方法 摘要： 关键词： 1引言 内燃机是将燃料的化学能转换为机械能，且不断连续运转的机械装置。内燃机的工作过程实质上是 连续复杂的热力循环过程，大致分为三个过程：燃烧放热过程，缸内工质流动及热交换过程，进排 气系统热力学和气体动力学过程。研究内燃机工作过程的目的在于在保证内燃机正常工作的条件下， 如何提高内燃机的热效率，发出最大的功率，同时降低内燃机的油耗和低的污染物排放。因此评价 内燃机的性能指标，主要针对动力性和经济性提出，如平均指示压力、指示热效率、指示燃油热效 率等。上述三个过程都将影响到内燃机的各性能指标，而内燃机工作过程的复杂性增加了研究的难 度，也使得研究方法多样。本文将主要讨论内燃机工作过程的研究方法、所用试验仪器及测试原理、 仪器的使用条件等。 2燃烧模拟装置 内燃机工作过程研究最多属燃烧放热过程，燃烧的好坏直接关系到内燃机的效率、排放等；燃 烧过程也是最复杂的，受到各种边界条件的影响；针对不同边界条件对燃烧性能的影响，试验仪器 主要在定容燃烧弹、快速压缩机、单缸试验机及激波管等。各种测试和数据采集设备也随着相关科 学的发展而日新月异，研究领域也向着数字化、微观化、可视化的方向深入发展。 2.1定容燃烧装置 定容燃烧弹(简称容弹)主要模拟活塞在上止点附近时燃烧室中的燃烧，其特点是结构简单，能够 方便地改变热力参数(包括燃空比、残余废气系数、压力和温度)、湍流参数以及点火参数(火花塞位 置、电极间隙与点火能量)。研究这些参数中单一参数的变化对燃烧过程的影响，因而成为内燃机燃 烧理论基础研究中重要的工具和试验平台[5] [6]。根据试验目的不同，定容燃烧弹的结构形式多种多 样。 2.1.1可变湍流参数的定容燃烧弹 西安交大研制的定容燃烧弹通过带有通孔的板(简称孔板)的快速平动改变燃烧弹内混合气的湍流参数，研究不同湍流强度、尺度对燃烧性能的影响。图1为此燃烧测试系统的试验装置图，它包括定容燃烧弹湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统共7个子系统[7]。 图1 试验装置图
全新的内燃机燃烧概念
全新的内燃机燃烧概念--HCCI 人们长期以来试图突破采用压缩点燃和火花点燃这两种传统燃烧概 念的局限性，于是提出了一种全新的内燃机燃烧概念：HCCI。 两种传统燃烧概念局限性分析 压缩点燃式燃烧概念（用于柴油机）与火花点燃式燃烧概念（用于汽油机）相比，最大的特点在于所使用的燃油特性不同。由此造成两者在以下各方面都有差别，如：燃油引燃方法、燃烧方式、混合气空气/燃油比、扭矩调节方式、泵气损失、压缩比、燃烧剧烈程度、燃油经济性、有害物质排放和振动、噪声不同等等。 出于对汽车排放的有害物质的毒害作用、二氧化碳的温室效应和氮氧化物形成酸雨的关注，人们对高效能、低污染的动力源的需求与日俱增。空气/燃油比精确控制、带三效催化转化器的汽油机（火花点燃式发动机）正在成为非常清洁的动力源。但是，由于节气损失、爆震和稀燃极限的缘故，这类发动机在热效率方面有很大的局限性。近年来许多研究者正在努力研究和开发没有节气损失的汽油机，试图大幅度提高汽油机的热效率，并且已经取得了一些可喜的成果，非常可能在这方面出现重大的突破。但是目前推广这些成果至少还涉及成本等一系列问题。另一种常见的动力源是直喷式柴油机（压缩点燃式发动机），这是一种效率很高的发动机，其温室气体CO2和有害气体HC、
CO的排放都比汽油机低。但由于它的扩散燃烧和燃烧产生的局部高温这样一些燃烧特点，很难遏制氮氧化物和炭烟（包括微粒物）的生成，并且还存在氮氧化物和微粒物排放控制目标之间相互冲突的问题。为了避免扩散燃烧和降低局部的燃烧温度，必须促进燃油和空气的混合。从这个观点出发，许多研究者研究了预混合的压缩点燃燃烧，即HCCI。 HCCI及其重要意义 HCCI是英文“Homogeneous Charge Compression Ignition”的缩写，中文意思是“均质充量压缩点燃”。单从名称来看，似乎只是一种点燃方式。实际上，这是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非均质充量压缩点燃），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式发动机和压缩点燃式发动机概念的混合体。其特点是： 1．采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸、在气缸内与空气进行预混合的。 2．采用压缩点燃。在压缩冲程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。 3．采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。
发动机燃烧新技术
发动机燃烧新技术——Hcci 发动机均质充量压缩着火HCCI（homogeneous charge compression ignition）燃烧是一种全新的燃烧方式。是将燃料、空气及再循环燃烧产物所形成的预混合气被活塞压缩，自燃、着火、做功的过程。 一、HCCI燃烧方式概述 HCCI是均匀的可燃混合气在气缸内被压缩直至自行着火燃烧的方式。随着压缩过程的进行，气缸内的温度和压力不断升高，已混合均匀或基本混合均匀的可燃混合气多点同时达到自燃条件，使燃烧在多点同时发生，而且没有明显的火焰前锋，燃烧反应迅速，燃烧温度低且分布较均匀，因而，只生成极少的NOx和微粒（PM），在低负荷时具有很高的热效率。HCCI发动机主要具有以下几个特点： 1．超低的NOx和PM排放。 2．燃烧热效率高。HCCI发动机的热效率甚至超过了直喷式柴油机。 3．HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制。 4．HCCI发动机运行范围较窄，HCCI发动机燃烧受到失火（混合气过稀）和爆燃（混合气过浓）的限制，使发动机运行范围变窄。对于高十六烷值燃料，由于HCCI发动机燃烧非常迅速，在高负荷工况下（混合气浓度大）易发生爆
震；对于高辛烷值的燃料，由于HCCI燃烧为稀薄燃烧，发动机在小负荷工况下容易失火。 5．HCCI发动机HC、CO排放偏高。这主要是由于HCCI 燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EGR，因缸内温度较低造成的。 二、柴油机HCCI燃烧的特点 实现柴油机HCCI燃烧要面临两方面的困难：一是柴油粘度大，挥发性差，难以形成均质混合气；二是柴油作为高十六烷值燃料，容易发生低温自燃反应，均质混合气的燃烧速度控制困难，易造成粗暴燃烧。 柴油HCCI的燃烧放热表现出特别的两个阶段。第一阶段（放热曲线上较小的峰值）与低温化学动力学有关（冷焰或蓝焰）；第二阶段（放热曲线上较大的峰值）是主燃烧期；第一阶段是第二阶段的焰前反应，焰前反应放出的热量加热了余下的充量，同时余下的充量继续被压缩，经历短时间的延迟后，余下的充量达到着火条件，几乎同时着火，使放热率迅速升高，表现在放热曲线上出现大的峰值。 因此，HCCI燃烧速度较快，燃烧始点和放热率对压缩过程中充量的温度、压力等很敏感，控制起来很困难。如果HCCI燃烧控制得较好，则可在拓宽的大空燃比范围内进行高效稳定的燃烧，循环波动压力小，工作柔和。
内燃机燃烧放热分析计算及其与燃烧分析仪的嵌入集成知识讲解
1绪论 1.1课题背景及意义 1.2国内外研究现状 1.3本文研究内容 2燃烧分析的数据采集、信号分析的原理与方法2.1燃烧分析数据采集方法 2.1.1示功图的概念及用途 2.1.2气缸压力测量方法 2.1.3压力测量精度的主要影响因素及修正方法2.2气缸压力数据预处理 2.3燃烧放热计算原理 2.3.1燃烧放热计算的假设条件 2.3.2基本微分方程 2.3.3燃烧放热率计算步骤 3燃烧放热计算程序 3.1内燃机燃烧放热计算的需求分析 3.2程序设计平台的选择 3.3程序结构和流程 3.4程序的数据结构及变量说明 3.5输出量 3.6图形化界面 4燃烧放热计算结果分析 4.1实验条件 4.2计算结果 4.3误差分析 4.4敏感参数分析 4.5 MA TLAB与FORTRAN计算结果的对比 5与燃烧分析仪的嵌入集成的研究 5.1硬件系统 5.2 LabView简介 5.3算法与燃烧分析仪的嵌入集成 6结论与展望 6.1全文总结 6.2展望
1.1课题背景及意义 近年来，汽车工业已成为全球最大的制造业，年生产能力已达到6500万辆，全球汽车保有量已达9亿辆。由于内燃机是目前燃烧效率最高的热力发动机，故广泛的应用于国民经济的各个领域和国防部门，它所发出的总功率占全世界所有动力装置总功率的90％，它所排出的有害物质又是环境污染的最大源泉，全世界的汽车交通占温室气体排放的20％，全球机动车数量的高速增长给气候带来了严重的问题。因此为了节约能源和降低污染，各工业发达国家十分重视内燃机气缸内燃烧的研究工作。 为了降低内燃机的排放，必须从缸内工作过程着手，分析污染物产生的原因，内燃机数据采集和分析已成为内燃机生产和性能研究工作中必不可少的一个环节。随着内燃机应用的范围在不断扩大，品种和数量在不断增长，对内燃机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。因此，对内燃机的工作过程、燃料及扩大燃料的品种、新型结构的研究以及设计和研制合乎要求的产品并对原有产品的分析改造，以满足各种用途的需要，自然就成为内燃机动力工程技术人员的重要任务。在内燃机试验中，除了要定性地观察一些物理和化学现象以外，更重要地是对运行过程中许多有关地物理量和化学量进行精确地定量的测定，如果没有先进的测量方法和测试设备，包括先进的数据处理方法和相应的设备，也就没有先进的内燃机检测技术。所以，若要设计性能更加优良的内燃机，优化燃烧，提高排放的要求，就需要对内燃机各方面的性能进行深入的研究。影响内燃机各方面性能的因素虽然是多种多样的，但燃烧过程具有举足轻重的地位。内燃机的动力性、经济性及排放特性与燃烧过程有着密切的关系。内燃机燃烧过程与其主要工作特性、功率、效率和排放以及部分的机械和热负荷、噪音、振动等都直接紧密地相耦合，所以要改进和完善内燃机的总体性能和某些局部特性，都必须首先在燃烧过程的改善和优化方面下功夫，对燃烧放热过程的深入分析是对发动机性能研究和改善的有效手段。由于内燃机的燃烧过程所占的时间极短，所处的空间很小，更重要的是内燃机的燃烧反应物是很不均匀的，并且经常是流动和扰动的反应物和燃烧产物处于同一容积。这一切就构成内燃机的燃烧过程是一个十分复杂多变的物理-化学过程。但是现在借助微机系统高性能数据采集卡各种传感器（压力传感器、针阀升程传感器、滤波器和电荷放大器等）就能够将大量的燃烧过程物理信息测量记录处理与显示。从这些信息和图形可以比较可靠地分析研究内燃机燃烧过程的完善程度，为进一步改善燃烧过程提供了科学的依据。 气缸压力分析是分析发动机燃烧状况的重要方法。气缸压力携带了内燃机工作过程的大量有用信息，并且与内燃机工作过程的评价参数和性能指标有着密切的关系。各缸的工作参数、排放指标、性能指标等的差异都全部或部分地反映在气缸压力上。在内燃机的状态监测和故障诊断中，气缸压力是表征内燃机运行状态的最好指标之一，内燃机的工作状态及故障大都可以通过气缸压力随时间（或曲轴转角）的变化曲线反映出来。因此采集气缸内压力并对其进行统计或热力学分析是内燃机产品设计、改进或研究的重要方法。内燃机气缸气体压力曲线（示功图）是深入研究内燃机工作过程及动力性能指标的重要内容。通过对示功图分析可得出工作过程的最高燃烧压力和其所在的曲轴转角位置等重要参数。示功图既是内燃机性能参数计算和放热规律分析的依据，又是内燃机燃烧过程数学模拟精确程度的评价标准。利用实测示功图，可以计算内燃机的燃烧放热规律，对实际内燃机的燃烧过程进行分析，可以研究内燃机的循环变动。并且，可以借助示功图进行内燃机最佳状态调整及故障诊断，故国内外对其研究较多。因此，内燃机数据采集与燃烧分析技术得到了迅速的发展。 1.2国内外研究现状 现在，国内外己研究出许多发动机数据采集和分析用的仪器设备，并随着微电子技术和
内燃机燃烧与排放控制研究计划
内燃机燃烧与排放控制研究计划 一、研究背景 汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。2013年伊始，全国多地遭遇雾霾天气，北京更是连续6日深陷其中，PM2.5浓度指数多次“爆表”。 从1993年开始，我国已成为石油净进口国。2012年，我国进口原油2.85亿吨，对外依存度达到了58.7%。通行观点认为，石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。日前，环保部发布了《2012年中国机动车污染防治年报》，公布2011年全国机动车污染排放状况。年报显示，我国已连续三年成为世界机动车产销第一大国，机动车污染已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。机动车排放的污染物主要包含四项：氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳。2011年，全国机动车四项污染物排放4607.9万吨，比2010年增加3.5%，而汽车的排放量占到了机动车排放总量的84.7%。其中，汽车对CO、HC的贡献比例分别达到了80.6%、76.9%，而对NOx、PM的贡献比例则高达90.4%和94.9%。 二、研究计划的目的 针对现在绝大部分机动车都是汽油机或者柴油机，所以改善内燃机的燃烧过程和控制废气的排放对如今石油资源的不断匮乏和环境问题日益恶化有很大的帮助。第一，石油资源是不可再生资源，用完了就没有了，所以通过改善燃烧过程，优化燃烧路径，已达到减少燃油消耗。提高燃油经济性，相对的减少了燃油的消耗量。第二，通过污染物的排放，尽可能的减少污染，达到国际先进的排放标准。将汽车排放废气污染降至最低，还一个健康的大气环境给我们。 三、研究内容及拟采取的技术路线与设计方案 本研究计划主要研究内燃机的燃烧过程和对排放的控制。通过对内燃机燃料的选择，进气管道的设计，气缸的结构参数（燃烧室的形状，压缩比等）设计，适应各工况的燃油喷射时刻正时，对氧传感器和三效催化转换器的闭环控制的优化设计等一系列措施来优化燃烧过程，降低燃油消耗率，降低排放。
内燃机燃烧原理
Introduction to Combustion Chemistry The gasoline-powered internal combustion engine takes air from the atmosphere and gasoline, a hydrocarbon fuel, and through the process of combustion releases the chemical energy stored in the fuel. Of the total energy released by the combustion process, about 20% is used to propel the vehicle, the remaining 80% is lost to friction, aerodynamic drag, accessory operation, or simply wasted as heat transferred to the cooling system. Modern gasoline engines are very efficient compared to predecessors of the late '60s and early '70s when emissions control and fuel economy were first becoming a major concern of automotive engineers. Generally speaking, the more efficient an engine becomes, the lower the exhaust emissions from the tailpipe. However, as clean as engines operate today, exhaust emission standards continually tighten. The technology to achieve these ever-tightening emissions targets has led to the advanced closed loop engine control systems used on today's Toyota vehicles. With these advances in technology comes the increased emphasis on maintenance, and when the engine and emission control systems fail to operate as designed, diagnosis and repair. Understanding the Combustion Process To understand how to diagnose and repair the emissions control system, one must first have a working knowledge of the basic combustion chemistry which takes place within the engine. That is the purpose of this section of the program. The gasoline burned in an engine contains many chemicals, however, it is primarily made up of hydrocarbons (also referred to as HC. Hydrocarbons are chemical compounds made up of hydrogen atoms which chemically bond with carbon atoms. There are many different types of hydrocarbon compounds found in gasoline, depending on the number of hydrogen and carbon atoms present, and the way that these atoms are bonded. Inside an engine, the hydrocarbons in gasoline will not burn unless they are mixed with air. This is where the chemistry of combustion begins. Air is composed of approximately 21% oxygen (02), 78% nitrogen (N2), and minute amounts of other inert gasses.
内燃机发展及存在的问题研究
内燃机发展及存在的问题研究 摘要本文主要从技术进步角度针对内燃机的发展历程进行了阐述，分析了各个时期内燃机的技术突破。同时对于目前内燃机技术研究中存在的问题进行了分析，给出了相应的解决办法和思路，为相关技术人员研究内燃机发展和确定以后的研究方向等提供了有益的参考。 关键词内燃机；发展；问题；研究 前言 内燃机是一种能够提供动力的机械类装置，同时也是燃烧类发动机里最具有代表性的一种[1-5]。在人类文明的发展和进步中，内燃机发挥了巨大的作用，特别是在科学技术进步、社会发展和改善人们生活品质方面贡献突出，现代社会上绝大部分的动力机械或交通工具主要依靠发动机燃烧燃料驱动。内燃机自百年前被发明制造出来以后，经过几代人的不断改进研究，其燃烧机技术得到了飞速发展，燃烧效率大大提高，燃烧废气排量和组成得到了有效控制，但仍存在一定问题待研究和改进。本文针对内燃机发展历程进行了分析，对于目前存在的问题进行了研究。 1 内燃机发展历程分析 近百年来，随着内燃机技术的不断发展，人们对于内燃机驱动的交通工具的要求也发生了变化，不仅要追求内燃机的安全性能，同时要考虑内燃机的动力性、经济性、美观性舒适性等，下文主要从内燃机技术发展的角度进行了阐述。 在20世纪二十年代初期，内燃机的主要研究和发展领域是提高内燃机的功率和内燃机的比功率，最主要的目前目的是降低交通工具运输的成本。相关研究人员通过加大增加内燃机气缸数量，以及增加内燃机的转动速度等措施大大增加了内燃机的比功率值。20世纪二十年代以后，随着科学技术的发展，内燃机燃料燃烧过程中的爆震问题日益凸显，相关研究人员采用的技术解决方法是将四乙基铅加入到燃料中，通过对氧气和燃料的燃烧过程进行干扰，最终降低了燃烧爆震的程度，同时在此过程中随着燃料压缩比的增大，燃料的燃烧热效率及功率都大大提高。20世纪四十年代初期，涡轮增压技术问世，该技术利用排出气体的压力对进入空气压缩，大大提高了燃料的燃烧效率和内燃机功率。20世纪四十年代到五十年代，随着高强度、耐高温、低密度材料的不断推陈出新以及精密机械加工制造技术的突飞猛进，制造的内燃机结构方面更加紧凑、体积更小、转动速度更快，能够实现快速方便移动，在交通工具上有了更广泛地应用。20世纪六十至七十年代，随着交通工业的飞速发展，对内燃机的功率和转动速度提出了更高的要求，世界各大制造商纷纷投入巨资进行内燃机的研发，进一步提高内燃机的燃烧性能和结构稳定性能。20世纪九十年代，石油危机爆发，人们对资源利用更加谨慎，技术人员开始研究低耗节能内燃机技术并取得了一系列成果。比如通过降低交通工具行驶速度，发展小功率内燃机技术，总体也降低了交通工具
内燃机期中试题
内燃机期中试题 （把答案写在答题纸上） 一、选择题（每题1分，共36分） 1．汽油机在中等负荷运行时，为获得最佳的燃油经济性，空燃比约为（B）。A．13～14 B．14～15 C．15～16 D．16～17 2．可变进气歧管在发动机低速运转时，使进气量（D）。 A．为0 B．不变 C．减少 D．增多 3．气门重叠发生在换气过程的哪个阶段？（D）。 A．自由排气 B．强制排气 C．进气过程 D．燃烧室扫气 4．车用增压柴油机可以明显改善以下哪项的经济性能？（D）。 A．怠速区 B．中负荷区 C．低负荷区 D．高负荷区 5．进气管、气缸、排气管连通，是发生在发动机换气过程的哪个阶段？（D）。A．自由排气 B．强制排气 C．进气过程 D．燃烧室扫气 6．柴油机的初始燃烧属于（A）。 A．扩散燃烧 B．预混合燃烧 C．压力着火燃烧 D．同时爆炸燃烧7．柴油的自燃点越低，柴油机低温起动时（A ）。 A．越容易 B．越困难 C．没有变化 D．无法判定难易 8．为避免柴油机出现不正常喷射现象，应尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低（B）。 A．喷油速率 B．压力波动 C．高压油管内径 D．针阀开启压力9．提高柴油机喷油压力的主要作用是优化（A）。 A．喷油速率 B．喷油流量 C．喷油规律 D．供油规律 10．表示汽油机抗爆性的是（A ）。 A．辛烷值 B．抗爆性 C．铅含量 D．硫含量 11．预混合燃烧的典型例子是内燃机的（C）。 A．扩散燃烧 B．压力燃烧 C．点火燃烧 D．初始燃烧 12．柴油机燃油喷射优化的一个重要方面是提高（B）。 A．供油压力 B．喷油压力 C．喷油速率 D．喷油流量
富氧燃烧技术在内燃机中的应用
能源研究与信息 第16卷第2期 Energy Research and Information Vol. 16 No. 2 2000 收稿日期
能源研究与信息 2000年 第16卷 ５４ 了以聚丙烯腈膜氦的专利申请 膜法分离气体的基本原理 通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的气体分离膜一般分为多孔膜 下面就这三种膜的典型分离机制做一简单介绍同时其空隙率要大多孔膜分离气体的原理主要以Knudsen 理论为基础 其动能为 2222112 121v m v m = 式中m 2为分子的质量v 2为分子的平均速度 其平均速度也不同 1.2 均质膜（非多孔膜） 与多孔膜相比均质膜不论是无机材料还是高分子材料都具有渗透性 耐压及抗化学侵蚀的扩散机理进行的 气体向膜的表面溶解（溶解过程） 因气体溶解产生的浓度梯度使气体在膜中向前扩散（扩散过程 气体由膜另一面脱附出去分压不同 从而达到分离气体的目的均质膜的高分离系数可以制备较高浓度的所需气体 多孔膜虽然具 有很高的渗透能力如果需要较高浓度的气体非对称膜是一种性能介于上述两种膜之间的气体分离膜气体分离过程就是在这一致密膜层中发生的即 溶解的气体通过聚合物表层的扩散 通过表层下部微孔过渡区的Knudsen 流动 通过多孔底层的Poisenille 流动从中可以看出而且非对称膜中均质层的厚度越薄
第2期 朱序和 气体系统的特性常数 压力 由以上 可见就必须减小 膜的厚度分离系数λ是表示气体分离膜分离混合气中各组分能力的重要指标假设膜供给侧混合气的组分 A W B B 的摩尔浓度分别为Y A 则该膜的分离系数定义为 B B A A B A B A Y W W Y W W Y Y A B ??==λ 表1 醋酸纤维非对称膜与均质膜渗透系数的比较（22 ） 均质醋酸纤维膜的渗透系数 910?×P 非对称醋酸纤维膜的渗透速率 J 0.19 0.71 Ar 0.032 0.11 0.37 CH 4 0.014 0.07 0.34 N 2 0.014 0.06 0.31 C 3H 8 <0.0001 0.03 0.19 *均质层0.5 μm; **均质层0.13 μm ?à2éó? ??óD?ú1è??íé±í2 A
柴油发动机新技术论文
柴油发动机新技术论文 柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 摘要：汽车无疑是21世纪发展最为迅速，对人类影响最大的机械。近几十年来，面 对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新 能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望， 指出了汽车科技在21世纪的发展方向，即改善燃烧技术并且研发应用新能源。 关键词：柴油发动机燃烧技术燃料新能源 0 引言 随着机动车保有量的迅速增加，全球石油能源临近枯竭。同时，排放法规日益严格， 要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此，燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术，研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。 汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用 燃料种类区分，可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来，由于世界能源短缺和环保低碳 的要求，人们开始开发新型清洁燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气LPG、压缩天然气CNG 等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。 1 柴油发动机燃烧技术 柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程，是采用高压喷射将燃油喷入气缸，形成混 合气，并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分，极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高，政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求， 应该加强新的燃烧方式的探索，开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先 进的燃烧技术有：均质充量压缩点燃HCCI和低温燃烧LTC等。他们与传统的燃烧模式相 比有很多自身的优势，有足够的提高效率和降低排放的潜力，但还需要进一步的深入讨论 和完善。 1.1 均质充量压缩着火HCCI燃烧 自20世纪70年代末，均质充量压缩着火HCCI燃烧这一新概念被报道，国际上学术 界和工业界一直高度重视这一燃烧技术，是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。 均质充量压缩着火燃烧，就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合气，消除扩 散燃烧，采用较高压缩比，压缩可控着火，实现近似等压燃烧;同时要具有良好的化学反 应动力学效应，实现低温火焰快速燃烧，燃烧持续期短，燃烧效率高，可以同时保持较高 的动力性和燃油经济性，达到高效、低污染的目标。与传统的点燃式发动机相比，它取消
发动机前沿技术简介
发动机前沿技术 简介
2012-5-8 吴自林
TCI （Turbo Charging with Inter-cooling） ） 废气涡轮增压中冷技术利用发动机排气推动涡轮，增 废气涡轮增压中冷技术 加发动机进气压力，从而提高进入气缸的气体密度，减少 气体的体积，这样在单位体积里气体的质量就大大增加， 提高发动机体积比功率和重量比功率，提高进气效率，减 少CO和HC有害气体的排放。中冷是将增压后比较高的进气 温度降下来，从而更好地提高发动机的进气密度，保证发 动机的性能。
2012-5-8
S （Supercharge） ） 机械增压利用皮带连接曲轴皮带轮，以曲轴运 转的扭力带动增压器，然后通过增压器压缩进气， 达到增压目的，输出功率和扭矩可提高40%以上， 并且没有涡轮迟滞现象，可以在任何时候输出源 源不断的动力，但是要消耗部分引擎动力。[NA： Naturally Aspirated 自然吸气式]
2012-5-8
CBR (Controlled burning rate)可控燃烧速率
该技术是AVL的得利武器之一。CBR得到如此重视，和排放法规，油价有 关。采用CBR技术能降低油耗达7%左右，如果再与VVT(可变气门正时)相结合， 油耗还能进一步降低。 简单介绍一下CBR的原理。CBR机构简单，它有非对称进气道，一个切向 气道，一个中向气道。切向气道引导气流沿轴向旋转形成涡流，中向气道引 导气流沿汽缸轴线前进。中向气道里面也有个类似节气门的蝴蝶阀，低转速 (小于 1000rpm)或中低负荷(1000～4000rpm，负荷小于70%)，蝴蝶阀关闭或 部分关闭。即使蝴蝶阀关闭，该阀门还留有专门通道供油束通过。关闭中向 气道会使通过中性气道进入汽缸的混合气变浓，切向气道可以进入更多的新 鲜燃气，形成稀混合气。与不带CBR的发动机相比，相同工况下，CBR发动机 节气门开度大，因此可以减小泵气损失功。 广义地说，利用CBR技术也实现了分层燃烧，中部浓混合气靠近火花塞， 点火性能好，外围稀混合气可以提高过量空气系数，有利于降低油耗。另外， 关闭一个进气道，可以增强缸内涡流比，提高燃烧稳定性，使缸内EGR率的上 限提高，采用合适的EGR率不仅降低排放，而且还能提高燃油经济性。
2012-5-8
浅析内燃机节能环保技术和燃烧技术
浅析内燃机节能环保技术和燃烧技术 摘要：详细分析传统内燃机的节能环保和燃烧技术特点，对围绕这两大主题而发展的内燃机技术做了概述，根据内燃机的燃油经济性以及排放性能来吸收各自技术的优点，并对这两方面取得的技术进展和待解决的问题进行了讨论。 关键词：内燃机；节能环保；燃烧技术 Analyse the internal combustion engine energy conservation and environmental protection technology and combustion technology Abstract: A detailed analysis of energy conservation and environmental protection and traditional internal combustion engine combustion technology characteristics of the two themes around this development and the internal combustion engine technology is given, according to the internal combustion engine fuel economy and emission performance to absorb their respective advantages of technology, and of the two have technology development and problems to be resolved are discussed. Keywords: internal combustion engine; Energy conservation and environmental protection; Combustion technology