内燃机燃烧研究及面临的挑战
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Internal Combustion Engine & Parts• 125 •
内燃机燃烧研究及面临的挑战
王睿
(西南石油大学成都校区,成都610500)
摘要:内燃机的燃烧是一个化学反应和能量转换的过程,它涉及到许多学科,内燃机的燃烧过程还没有被人研究透彻,比如燃烧 过程中碳粒的生成。
严格的排放法规和油耗指标将会推动内燃机的进一步发展,另外,一些新的概念也会推进内燃机燃烧方面的研 究。
燃烧的优化和燃烧后的处理技术是实现低污染和零排放的重要途径。
本文分析了内燃机燃烧研究和今后面临的各种挑战。
关键词:内燃机;燃烧;挑战
0引言
内燃机主要以燃烧发动机来提供动力,燃烧发动机对 社会的发展和人民的生活水平做出了巨大的贡献,例如许 多交通工具都是以燃烧发动机作为动力。
近几十年,燃烧 发动机发展非常迅速,燃烧方面的研究对提高燃烧发动机 的改进具有重要作用。
燃烧发动机主要以石油作为燃料,但是石油的短缺和燃烧后带来的环境污染问题是目前世 界关注的焦点。
通过以石油为燃料的发动机节能来延长石 油的使用期限,开发新的能源替代石油,实现清洁燃烧。
为了实现以上要求需要在内燃机燃烧方面展开研究,不断发 展新的技术。
1燃烧发动机研究范围
燃烧发动机是将燃烧产生的化学能转变为机械能的 装置。
发动机燃烧主要研究怎样既高效又能减少污染,提 高转换效率,研发新型的燃烧装置为各种机车提供动力。
发动机燃烧分为多相燃烧和单相燃烧,与许多学科相联 系,例如物理、化学、材料学等学科,另外,燃烧产生的污染 物在大气中扩散还会涉及到大气科学,对人体产生的影响 涉及到毒理学。
燃烧发动机应用在社会的各个方面,如人们日常生活 中的交通工具就是使用燃烧发动机作为动力来源,从某种 程度上来说,燃烧发动机是现代文明的支柱。
社会的发展 将会使燃烧发动机的数量越来越多,必将会对环境造成越 来越多的污染,利用先进的技术解决这些问题将会推动科 学技术的发展。
2内燃机燃烧发展趋势
2.1柴油机柴油机燃烧分为低压、高压喷雾燃烧,柴 油机燃烧后产生含氮气体和颗粒物,采用废气循环技术,这就使得柴油机后处理装置的研究取得很大进展,对小颗粒 净化方面的研究也越来越被人重视,现代柴油机利用数值 模拟优化设计。
近几年来,柴油机低温燃烧引起了人们的关 注,它能够实现高效并且低污染的燃烧,满足排放法规。
2.2汽油机燃烧汽油机技术已经非常成熟,汽油机 燃烧集中在两方面,稀混合气燃烧和缸内直喷汽油机燃 烧。
通过改善燃烧室的设计,汽油燃烧的能力得到了提高,同时也能改善燃油的经济性。
缸内直喷汽油机是内燃机学 术界中重点研究的课题,许多国家都设内燃机讨论会,报 告关于这方面的议题。
2.3其他燃烧发动机燃烧随着社会的发展,逐渐出 现了一些新的燃烧发动机。
代用燃烧发动机,它主要以天燃气,醇类和混合燃料等作为燃料;均质压燃着火发动机
燃烧,目前已经成为学术界重点研究的热点,他实现了低
温燃烧与均质混合气燃烧,是目前世界上研究的一种新型
的发动机燃烧方法,它采用无烟,低温燃烧;氢气作为未来
发动机的燃料备受人们关注,目前对以天然气加氢为燃料
的发动机展开了一些研究,但是对于它的推广还需要做许
多工作,是内燃机发展的新动向。
2.4燃烧测量技术燃烧测量主要对喷雾、流场、火焰
等过程进行测量,采用各种技术测量缸内气体的运动规
律,利用PDPA和LDSA技术对喷雾粒进行测量,同时全
息技术也可以应用在对喷雾的测量,利用离子信号检测发
动机燃烧状况。
红外测温技术可以对火焰的温度分布进行
测量,运用光谱检测NO的浓度。
一些新的燃烧测量装置
也相继产生,如燃烧火焰断层扫描装置。
2.5燃烧模型燃烧是一个复杂的化学反应过程,燃
烧模型的发展近几年来进展不大,主要障碍是对湍流的描
述特别困难。
对燃烧过程火焰传播主要依靠半经验模型,
是内燃机燃烧发展的瓶颈,我国试图用计算机来模拟燃烧
过程。
目前,PDF模型是一种求解湍流燃烧的方法,但他对
算法和计算机要求特别高。
3结语
当今社会的主题是节能和环保,内燃机燃烧面临的挑
战依然是技术问题,国家颁布了新的关于汽车排放标准的
政策,这就给内燃机带来了更多的挑战,采用成熟的技术
促进内燃机的可靠性,这个问题一直被大家关注。
节能减
排要求提高发动机的燃烧效率、气缸压力、热负荷、喷射压
力,这些是对内燃机可靠性的挑战,要求内燃机在研发过
程中,在新材料应用、零部件耐受、高机械负荷、热负荷、摩
擦磨损能力方面有大的提升。
总而言之,目前看内燃机的
现状,有很多不足,根据内燃机性能指标,需要对内燃机进
行改进。
内燃机虽然存在时间比较长,但在动力机械方面
仍占重要地位,这是它的优势所决定的。
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