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柴油机低温燃烧理论及其实现方式
柴油机低温燃烧是一种新型的燃烧方式
，其实现方法是通过大量的废气再循环（EGR）,
降低缸内温度，同时实现较低的NOx排放。从柴油
机的燃烧过程看，NOx和微粒的生成不可避免，而
NOx和微粒生成条件互异的特点和直喷式柴油机喷
雾燃烧的特性，使得降低NOx排放的措施往往使碳
一种利用柴油机低温燃烧实现 机内净化的技术
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主讲内容
柴油的理 化性质
柴油机的 主要排放 污染物
柴油机低温 燃烧理论及 其实现方式
Байду номын сангаас
降 低 NOx 和
结语
soot 排 放 实
现低温燃烧
精品课件 的途径
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柴油的理化性质
• （1）自燃性 在无外源点火的情况下，柴 油能自行着火的性质叫自燃性，使其自行 着火的最低温度叫做自燃温度。柴油的自 燃性用十六烷值衡量。
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研究表明，HCCI燃烧 过程主要由燃烧反应 动力学所控制，因此 缺乏直接有效控制 HCCl燃烧过程的手段， 尤其是在瞬态工况。
图3 LTC和HCCI的Φ-T关系
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2、浓混合气低温燃烧
浓混合气低温燃烧，燃烧相位的 控制与燃油喷射参数有很大关系。其基 本特点是喷油时刻与燃烧开始时刻之间 的时间间隔短，不可能实现燃油与空气 的彻底混合，在燃烧开始的时候有相当 大的区域存在Φ >1的情况。为了降低扩 散燃烧过程中的燃烧温度，可以采用各 种策略，如大量的冷却EGR、低压缩比、 延迟喷油定时等措施实现低温燃烧。
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5、改善燃油品质
由以上分析可知，均质的稀薄混合气 (HCCI燃烧方式)和浓混合气低温燃烧都可以降 低NOx和soot生成。但是，由于缺乏直接有效控 制HCCI着火时刻和燃烧反应速度的手段，要将 HCCI运用于系列产品还需要对其进行重大的改 进。而浓混合气低温燃烧方式，有在化学当量 比和更高当量比情况下同时实现无烟和低NOx排 放的潜力。通过采用大流量冷却EGR(50％或者 以上)降低混合气中的氧浓度，稀释混合气，将 燃烧温度降低到碳粒生成区以外的低温侧，当 量比分布和传统的柴油机燃烧相似，再加上调 节喷油定时可以达到精同品课时件 降低碳烟和NOX排放的 14
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与传统直喷式柴油机的燃烧相比， 低温燃烧模式通常增加燃烧前的油气混 合或利用EGR技术，空气或EGR稀释后的 混合气使燃烧温度降低，从而减小NOx的 生成，均质混合气的形成减少了局部过 浓的区域，从而减少了碳烟的形成。同 时，稀薄的混合气也有利于抑制碳烟的 生成。
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降低NOx和soot排放实现低温燃烧的途径
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如图2所示，避开高NOx和高soot 生成的当量比和温度区域主要方 法有： 1、均质稀薄混合气低温燃烧 2、浓混合气低温燃烧 3、浓混合气高温燃烧
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1、均质稀薄混合气低温燃烧
均质稀薄混合气低温燃烧，燃烧相位 与喷油时刻关系不大而主要由化学动力学决定。 这种实现低烟燃烧的方法主要是减少局部当量 比。HCCI(均质充量压缩燃烧)就是降低当量比 的典型燃烧概念。该类系统燃油与空气完全预 混，在燃烧开始的时候混合气接近均质，各处 的局部当量燃空比Φ均小于1，整体燃烧后热 量在缸内均匀分布，实现低温燃烧。图3给出 了LTC和HCCl的Φ-T关系以及工作范围示意图。
烟排放增加，而降低碳烟排放的技术也会造成NOx
排放增多，二者的控制呈现“此消彼长”的矛盾
态势。由于后处理器技术成本较高，且受到后处
理器转化效率的限制，因此通过内燃机机内净化
有可能是最有效、最经济的净化措施。
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图1 在Φ-T平面上柴油机的传统燃烧模式
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低温燃烧
当缸内燃烧温度可以保持在低于 1650K的水平，无论当量比如何，燃烧都 可以避开NOx和碳烟的主要生成区域，这 种燃烧模式就是低温燃烧 。
传统柴油机燃烧方 式的缸内混合气浓度和温 度历程不可避免的先后进 入高soot和高NOx生成区域 (如图黄色曲线ABCDE所示)， 这表明柴油机非均质燃烧 的性质使其必定会同时产 生 数 量 较 高 的 NOx 和 瑚 排 放．而且这两者之间存在 Trade-Off关系，想要同时 降低这两者的排放量难度 图2 降低柴油机NOx和soot排放的途径 很大。
相对于只是在①一T图上较为狭窄的范围内成 立的HCCI燃烧方式，浓混合气低温燃烧方 式可在低温侧的宽广领域内得到有效利用 ，这种燃烧方式应用到产品柴油机上的潜 力最大。
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• （2）低温流动性 当温度降低时，柴油中 所含的高分子烷族烃和燃料中夹杂的水分 开始结晶析出，柴油变得浑浊，该温度称 为柴油的浊点。温度进一步降低时，柴油 完全凝固，该温度称为凝点。
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柴油机的主要排放污染物
柴油机的油气混合不像汽油机那么均 匀，它是通过把柴油高压喷入已压缩到温度 很高的空气中迅速混合、自燃而工作的。所 以总有一部分燃料不能完全燃烧，造成以碳 为主体的微粒排放。同时，由于混合气不均 匀，燃烧过程中局部温度很高，并有过量空 气，因此导致大量NOx 的生成。柴油机的过 量空气系数很大，因此CO和HC的排放量相对 较小。