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解析“节能与新能源汽车”之内燃机技术

导读: 如何挖掘内燃机的潜力,推进内燃机技术的革新,以满足越来越严格的汽车油耗与排放的要求,成为许多科学家与工程师苦思冥想的课题。

  如何挖掘内燃机的潜力,推进内燃机技术的革新,以满足越来越严格的汽车油耗与排放的要求,成为许多科学家与工程师苦思冥想的课题。

  作为传统的两类内燃机,汽油机与柴油机已经存在100多年。汽油机具有混合均匀,工作柔和,燃烧比较完全的优点,但由于其压缩比低,燃烧效率低,使其油耗比柴油机高。相反,柴油机的高压缩比带来较高的燃烧效率,油耗比汽油机可以减少30%以上,但其工作比较粗暴,颗粒物与氮氧化物(NOx)排放量较多,为了满足国四及更高的排放标准,柴油机的后处理设备越来越复杂,其价格高达整机的1/3。因此,人们想到能否开发一种内燃机,综合汽油机与柴油机两者的优点,既具有高的效率,工作又柔和,又能将颗粒物与氮氧化物(NOx)排放量降到最小。一项称为均质混合气压燃技术便成为近年来国际内燃机界的研究热点,其英文名字是Homogeneous Charge Compression Ignition,简称为HCCI。

  HCCI发动机的简单原理是:和传统的汽油发动机一样,向汽缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气,提高压缩比,采用同柴油发动机相类似的压缩点火过程。由于HCCI发动机提高了压缩比,从而提高了燃烧效率,而且由于它采用压缩点燃的缘故,可以采用比较稀薄的混合气,因此可以直接通过调节喷油量来调节扭矩。HCCI发动机的燃烧温度低,能大幅降低氮氧化合物的形成。它采用的燃油辛烷值允许在一个较大的范围内变动,可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料,也可以采用多种燃料混合燃烧。HCCI发动机虽然有如上所说的优点,但实现起来还有很大难度。HCCI发动机对油气混合气的密度,气缸的温度和压力都需要进行精确的检测和控制;为防止爆震现象发生,需要在稀燃状态下工作,排气的温度也比较低,低排气温度不利于催化转化器的工作。

  目前HCCI发动机的工作机理只能在发动机的有限的转速与负荷范围里实现,在大负荷高转速的时候或者冷机状态下还必须回到传统的火花塞点火系统工作,这就要求将发动机设计为可变的压缩比,在HCCI状态下采用较高压缩比,转换到传统点火模式时采用低压缩比,使得机构与控制都变得十分复杂。在科技部863、973项目的支持下,我国的HCCI研究工作也已经取得初步的进展,但是,真正实现完全意义的HCCI并应用到实际车辆上,仍存在很大难度。

  1、鉴于目前HCCI发动机的工作机理还只能在发动机的有限的转速与负荷范围里实现,恰恰有理由首先将其应用到深度混合动力汽车中去,或者应用于增程式电动汽车的增程器发动机中;

  2、在HCCI研究工作中,可以考虑同时改变内燃机与燃油结构。所谓的“燃料设计”这个名词,最简单的是将现有的不同燃料以适当的比例混合燃烧,进一步改变传统的汽柴油生产技术,生产出更理想的内燃机用燃油。中石化召开的有关技术论证会,会上汽车领域与石油领域两方面专家都一致赞成开展有关燃油与发动机协同创新的工作。

  (作者系王秉刚,国家863计划“节能与新能源汽车”重大项目咨询专家组组长)

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