淺析汽車汽油機均質(zhì)壓燃技術(shù)對大氣的影響

張建成

摘 要： 在21世紀(jì)的今天，環(huán)境污染成為人類共同關(guān)注和亟待解決的問題，尤其是汽車工業(yè)。于是如何降低汽車的主要有害排放物（NOX、HC、CO、微粒等），提高人類的生活環(huán)境，成為目前汽車行業(yè)共同研究的問題。而發(fā)動機低排放燃燒技術(shù)的產(chǎn)生，它不僅在經(jīng)濟性和排放性能方面更能滿足當(dāng)代人們的需求，還減輕了汽車工業(yè)對環(huán)境污染造成的壓力，于是備受人們的關(guān)注。本文主要通過“均質(zhì)壓燃”技術(shù)，探討其對降低汽油機有害物排放的原理和方法，以應(yīng)對大氣污染。

關(guān)鍵詞： 均質(zhì)壓燃;尾氣排放;大氣影響

汽車從其誕生至今，已經(jīng)有100多年的歷史，尤其是在近幾十年來，隨著與汽車工業(yè)相配套的服務(wù)業(yè)水平的提高，汽車工業(yè)也得以飛速發(fā)展。我國的汽車工業(yè)起步較晚，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對汽車的需求量迅速提升。截至2017年，我國汽車年銷量已連續(xù) 8 年世界第一，汽車保有量 2 億輛，保有量占全球 20%，銷量占全球 30%。

近年來，我國大多地區(qū)出現(xiàn)大面積霧霾天氣，并且持續(xù)時間很長，已經(jīng)對人們的生產(chǎn)、生活帶來嚴(yán)重影響，引起霧霾的原因很多，來源也復(fù)雜，雖然現(xiàn)在還不能確定汽車對于城市的污染有多大，但可以確定的是汽車尾氣排放物是其污染源之一，也是引起城市低空區(qū)域污染的來源之一。

汽車尾氣給人們的身體健康帶來了嚴(yán)重影響，像曾發(fā)生在洛杉磯的光化學(xué)煙霧事件那樣，這些危害和歷史事件引發(fā)了人們對汽車尾氣的強烈關(guān)注，這也促使各國不得不采用更高的技術(shù)，以控制汽車尾氣中主要污染物的排量。

所以汽車汽油機的低排放燃燒技術(shù)相應(yīng)而生，并不斷進(jìn)步和發(fā)展，總的說來主要包括汽油機的電控噴油技術(shù)及可變配氣技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)、稀薄燃燒技術(shù)以及“均質(zhì)燃燒”等技術(shù)。

本文主要針對“均質(zhì)燃燒”技術(shù)進(jìn)行分析，探討此項技術(shù)提高效能、減少尾氣排放對大氣的影響。

一、“均質(zhì)燃燒”技術(shù)

“均質(zhì)燃燒”（HCCI）是現(xiàn)今階段比較前沿的發(fā)動機內(nèi)燃方式，這一理論是整合國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)科研人員若干年對內(nèi)燃機研發(fā)的過程中形成的。HCCI是發(fā)動機內(nèi)燃燒做功的全新模式，它與傳統(tǒng)發(fā)動機燃燒方式的區(qū)別在于，這種發(fā)動機的燃料和新鮮空氣按理想比例混合后引入氣缸，借助氣缸內(nèi)部輪廓形成恰當(dāng)渦流，在活塞向上壓縮均質(zhì)混合氣達(dá)到一定溫度時而發(fā)生起火。

二、“均質(zhì)燃燒”技術(shù)的優(yōu)點

（一）熱效率高

基于燃料類型與可燃混合氣混合比及混合程度的差異，HCCI內(nèi)燃機采用活塞行程的高壓縮比，為減少節(jié)流損失，在吸氣過程取消了節(jié)流裝置;燃燒期間燃燒室中均質(zhì)的可燃充量幾乎同時被引燃，燃燒時間短，比較趨近理論的定容燃燒;低濃度的混合氣減少了多余的氣缸壁面熱量損耗;這些特點對發(fā)動機效率的提高都是有益的。因此HCCI內(nèi)燃機的較高熱效率，是趨近甚至超越常規(guī)式內(nèi)燃發(fā)動機。

（二）NOx和碳煙排放低

HCCI發(fā)動機的混合氣是通過渦流效應(yīng)在進(jìn)氣管內(nèi)均勻混合而成，利用活塞上升縮小燃燒室體來實現(xiàn)混合氣溫度的同步提升，并且近乎于同時自發(fā)引燃混合氣。在維持較高熱效率的同時，于時間和空間上協(xié)同縮減排放。基于低濃度和混合程度較理想的混合氣，避免形成高混合度的混合氣，從而減少硝煙顆粒的產(chǎn)生，又NOX 的生成條件是高溫高壓、富氧，而均質(zhì)壓燃的較低溫度和短時間的持續(xù)燃燒均不利于NOX的產(chǎn)生。也就是說完美的HCCI 燃燒過程中幾乎沒有NOX和碳煙的生成。

三、“均質(zhì)燃燒”技術(shù)的難點

HCCI內(nèi)燃機在提高熱效率，縮減NOX和硝煙生成方面優(yōu)勢顯著，但其燃燒方式也體現(xiàn)了一些技術(shù)困難勢在解決。

（一）運行范圍的拓展

由于HCCI屬于自燃燒的過程，并沒有直接控制其著火相位的方法，當(dāng)它的壓縮比等參數(shù)被確定以后，要對應(yīng)特定的進(jìn)氣溫度、混合氣的混合程度，因此HCCI內(nèi)燃機運行范圍較小，僅能在特定的工況下平穩(wěn)的運行。后來通過調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，像進(jìn)氣溫度、壓縮比以及重新引入缸內(nèi)廢氣的占比等。對內(nèi)燃機運行范圍產(chǎn)生一定的拓展作用，但幅度范圍有限，不足以達(dá)到負(fù)荷，轉(zhuǎn)速變化的多角度調(diào)控，所以仍不能滿足于日益提升的內(nèi)燃機排放法規(guī)及顧客的使用要求。

（二）HC和CO排放的降低

HCCI發(fā)動機較低的燃燒溫度特點使其可以大幅度降低 NOX 排放，但由此也帶來了一些弊端，如造成HC和CO排放的增加。研究表明“均質(zhì)壓燃”系統(tǒng)燃燒室內(nèi)較低的反應(yīng)溫度，使得氣缸內(nèi)壁內(nèi)激冷作用非常顯著，因此致使燃燒火焰鋒面輻射范圍中形成的活性自由基產(chǎn)生再次復(fù)合，中斷了燃料HC的鏈反應(yīng)，造成HC生成增加。另外，發(fā)動機在小負(fù)荷運轉(zhuǎn)的時候，若汽缸內(nèi)溫度低于1500K時，CO便不能被氧化為CO2從而增加了CO排放量。

四、“均質(zhì)燃燒”技術(shù)的發(fā)展

HCCI這一全新的概念受到世界范圍的廣泛關(guān)注。目前，許多科研機構(gòu)參與了這種燃料改質(zhì)等方面的研究，比如原有的進(jìn)排氣相位做了調(diào)整，氣缸在進(jìn)氣與排氣階段之間產(chǎn)生一個短暫的封閉過程，基于負(fù)氣門重疊角來實現(xiàn)，再此期間噴入適量燃油來實現(xiàn)燃料來改變?nèi)剂系谋举|(zhì)。很多研究人員運用數(shù)模和臺架測試方法來提前“均質(zhì)壓燃”內(nèi)燃機的引燃時刻，利用循環(huán)的排氣技術(shù)，進(jìn)行燃料重新配合，擴展HCCI運行范圍，降低NOX、CO的排放。在國內(nèi)的研究數(shù)據(jù)也顯示，基于化學(xué)動力學(xué)方法對HCCI燃燒過程的技術(shù)控制是切實可行的。

“均質(zhì)燃燒”這項政府和內(nèi)燃機界都比較重視的高效率、低污染的新型內(nèi)燃機技術(shù)，我相信將隨著技術(shù)難關(guān)的不斷攻克，會快速普及，作為一種新的節(jié)能增效技術(shù)，為地球的藍(lán)天白云、綠水青山作一份貢獻(xiàn)。

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