轿车汽油机实现稀燃及降低NOx排放的关键技术

从燃烧室结构、燃烧室内气流运动、点火方式、分层燃烧及燃油喷射方式等几方面论述了当代轿车，气油机实现稀薄燃烧所采用的几项关键技术，介绍了目前降低稀燃汽油机氮氧化物NOx排放所采用的催化技术(NOx直接催化分解技术、选择还原催化技术和吸附还原催化技术)和废气再循环EGR技术，指出了这些技术的综合应用。可以有效地实现汽油机稀薄燃烧，可以大幅地降低稀燃汽油机氮氧化物NOx排放，为轿车汽油机实现稀燃，提高轿车汽油机的经济性和改善其氮氧化物NOx排放提供具体的技术措施。     

稀薄燃烧汽油机NOx排放后处理研究进展

降低稀燃汽油机NOx排放是实现稀薄燃烧的最大难题。文中详细阐述了降低稀燃汽油机NOx排放的吸附催化转化和选择还原催化转化技术与研究进展。认为应该充分应用稀燃发动机的排气产物作为还原物质,如HC和CO等,采用沸石和贵金属分子筛催化器对NOx进行选择还原。提出研制具备高的NOx转化效率,同时具有好的水热耐久性和高的抗硫中毒能力的选择还原催化器是我们科技工作者追求的目标。     

控制稀燃汽油机NOx吸附-还原催化转化器再生过程的试验研究

针对汽油机稀薄燃烧排放控制的特殊要求,研制了一套适用于稀燃汽油机的电控节气门(ECT)系统.该系统可控制稀燃发动机周期性的短暂工作于浓混合气状态,满足NOx吸附-还原催化转化器的工作要求,降低稀燃发动机的NOx排放.并在混合气浓度改变的同时实现对点火时刻和节气门开度的连动控制,维持发动机输出功率稳定.实验结果表明,稀混合气燃烧配以NOx吸附-还原催化转化器进行排气后处理可使NOx排放最低达50×10-6,最高转化率达91%,该系统是解决稀燃及其排放问题的可行方案.     

掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧及排放影响

为探究掺氢比对氢-甲醇发动机稀薄燃烧性能的影响，在一台1.8 L涡轮增压缸内直喷汽油机 （GDI） 改装的氢-甲醇发动机上，开展了不同燃空当量比和不同掺氢比条件下的甲醇发动机掺氢燃烧和排放试验研究。结果表明，在稀燃条件下，增大掺氢比能提高发动机缸内最高燃烧压力及放热率峰值，且燃烧相位提前，燃烧持续期缩短。在稀燃情况下适当掺氢有助于改善循环变动，混合气越稀改善效果越好，但随燃空比和掺氢量增大时，循环变动却有恶化的趋势。当燃空当量比大于 0.71 时，增大掺氢比能改善 HC 排放；当燃空当量比大于 0.83 时，掺氢能改善 NOx排放，但 CO 排放恶化；当燃空当量比小于0.83时，增大掺氢比导致NOx排放恶化但CO排放降低。     

稀燃发动机尾气净化催化技术进展

稀薄燃烧发动机具有节约燃油和低污染物排放的特点,是今后发动机的发展趋势。但稀燃发动机所产生的NOx难以消除,阻碍了其大规模的应用。针对该问题介绍了当前稀燃发动机尾气净化装置和催化剂技术进展,并对今后的研究方向提出了见解。     

车用稀燃电控汽油机排放控制技术研究

应用二次喷油及可变进气技术，形成准均质稀混合气，改善了燃烧过程，扩大了发动机稀燃极限。降低了NOx排放量。综合运用三效催化器和空燃比优化控制技术不仅使HC和CO排放接近零，也使NOx排放进一步降低。采用自主开发的电控系统的稀燃汽油机具有较好的燃油经济性。     

降低汽车发动机排放的技术

从机内净化技术，机外净化技术和应用清洁燃料等方面讨论了降低汽车发动机排放技术，对车用发动机分层充气预混合稀薄燃料（MPFI）、汽油机直喷燃烧（GDI）和均质混合压缩点火式燃烧（HCCI）等燃烧技术，选择催化还原剂（SCR）、NOx存储器还原催化系统（NSR）、等离子体辅助催化剂等新的稀燃NOx催化剂和微粒处理系统，通过这些技术的综合运用达到不断严格的排放标准和环保要求。     

汽油机稀薄燃烧技术发展分析

汽油机的燃油经济性比柴油机差,所以降低汽油机的能耗则显得更为迫切.稀薄燃烧是提高汽油机燃油经济性的重要手段.近些年来,对以分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机和均质压燃汽油机为代表的新型稀薄燃烧模式的研究,极大地提高了汽油机的燃油经济性.本文论述了稀薄燃烧的实现方式及其优缺点,并重点介绍了稀薄燃烧的三种形式:气道喷射稀燃系统(PFI)、直接喷射稀燃系统(GDI)和均质混合气压燃系统(HCCI),且相互比较.文章最后简要论述稀薄燃烧的发展趋势及我国在这方面的研究状况.     

过量空气系数对天然气发动机燃烧及排放的影响

研究了过量空气系数(λ)对天然气发动机燃烧及排放的影响。研究结果表明,当λ>1.2时,随着其不断加大,滞燃期和主燃期变长,放热率降低,NOx排放减少,CO和HC排放增多,发动机的热效率降低,比气耗加大;稀薄燃烧天然气发动机的各个工况都存在最佳的过量空气系数值,在该值下,发动机的NOx、CO和HC排放及比气耗都较低,排气温度很低,发动机经济性和可靠性最佳。     

缸内直喷汽油机多种燃烧模式的试验研究

基于量产增压缸内直喷汽油机,采用可变升程机构实现多种燃烧模式,在低升程下实现了均质燃烧、分层稀燃和均质压燃。试验结果表明:在转速2 000r/min,负荷0.2MPa,0.4MPa下,均质压燃的燃烧持续期最短,放热最快;在转速2 000r/min,负荷0.2MPa下,均质压燃的燃油消耗率最低,达到337g/(kW.h),同时均质压燃的NOx排放远低于均质燃烧和分层稀燃。     

汽油机稀薄燃烧研究的新进展——从GDI到HCCI

论述了GDI采用分层稀薄燃烧的工作特点,详细分析了其开发使用中的难点问题。同时,对被称为第4种燃烧方式的均质混合气压燃模式进行了介绍,总结和分析了它有可能大幅度提高汽油机热效率和降低NOx排放的特点和原因,并提出它在全工况平面内的着火燃烧控制方面的难度。通过分析认为,GDI与HCCI方式的有机结合可能是未来高效低污染汽油机的发展方向。     

电控168F 汽油机燃烧与排放特性分析

自主开发了通用小型汽油机电控燃油喷射系统,通过柔性控制混合气浓度优化燃烧性能和发动机排放及其他综合性能。将其应用于168 F汽油机,通过研究过量空气系数（φa ）对整机工作过程和排放特性的影响来制订控制策略。为满足美国EPA现行排放法规,标定工况需使用比功率混合气偏浓的混合气减少NOx 排放,部分负荷采用偏稀的混合气控制CO和 HC排放,同时需要控制发动机的循环波动。结合优化点火提前角（θ）研究形成了整机匹配的最佳φa 和θ并写入MAP ,汽油机整机动力性不变,排放和经济性能提高,能全面满足用户使用和美国EPAⅢ排放法规要求。     

甲醇汽油机怠速稀燃特性的试验研究

为改善传统汽油机怠速稀燃的燃烧与排放特性,在1台加装了电控甲醇喷射系统的汽油机上对燃用汽油(M0)、50%质量比例甲醇汽油(M50)和纯甲醇(M100)3种燃料的发动机的怠速稀燃特性进行了试验研究。试验先后在过量空气系数a=1.1和a=1.3两组稀燃工况下进行,怠速转速稳定在800r/min左右。试验结果表明:添加甲醇后,两组稀燃工况下指示热效率均有所提升;发动机的火焰发展期、快速燃烧期和平均指示压力的循环变动系数随着甲醇比例的增加而降低;甲醇能够显著降低发动机怠速稀燃工况下的HC和NOx排放,CO2排放随着甲醇含量的增加也略有降低。     

混合气分层对HCCI汽油机极限负荷和燃烧特性的影响

对比研究HCCI汽油机在不同空燃比下采用混合气分层策略时的极限负荷、NOx排放量和燃油经济性,考察了在此策略下过量空气系数λ和EGR率对HCCI发动机燃烧特性的影响。结果表明,混合气分层压缩燃烧模式能有效降低HCCI燃烧的压力升高率,具有拓展负荷范围的潜力,但同时也使NOx排放增加;适当的过量空气系数能在一定程度上改善HCCI发动机的燃烧特性,采用9%的EGR率时发动机油耗率最低,具有明显节油效果。     

内燃机掺氢燃烧可行性分析

利用氢和汽油或柴油共同作为燃料,可使汽油或柴油充分燃烧,大幅度节约汽油或柴油,降低排气污染,这在目前是很有意义的。文章综述了掺氢内燃机的研究现状,分析内燃机掺氢燃烧（以汽油机为主）的特性、掺氢燃烧的优势以及掺氢对柴油机过量空气系数的影响,通过内燃机掺氢以后动力性能、经济性能与排放性能的改变,论证了掺氢内燃机的优势及市场的潜力。     

内燃机微波协助点火研究发展综述

稀薄燃烧是能够大幅度提高内燃机热效率和降低内燃机排放的最有潜力的技术之一。针对稀薄燃烧面临的点火困难、燃烧不稳定等问题,综述了一种新型内燃机点火方式———微波协助点火技术,主要介绍了国内外微波协助点火技术的发动机台架试验研究、定容弹试验研究和点火机理等方面的研究,并指出微波协助点火这一技术能在无需改变内燃机现有结构的前提下大幅提高内燃机的燃烧稀限,对于改善汽油机或天然气发动机的稀薄燃烧性能具有巨大的应用潜力。     

车用柴油机加速工况时喷油与燃烧特性的研究

通过柴油机工作过程测量分析系统对一台直喷式车用柴油机加速时的喷油和燃烧过程进行了试验研究和计算,并计算了其加速过程中的总声压级;利用油滴蒸发准维燃烧模型对柴油机加速过程NOx 排放进行了模拟计算。研究结果表明,柴油机喷油和燃烧特性参数的综合效果对NOx排放值产生影响;柴油机加速时的燃烧噪声大于标定工况,加速工况时的NOx 排放浓度值变化较大,有时大于标定工况。     

Operating strategy for gasoline/diesel dual-fuel premixed compression ignition in a light-duty diesel engine

Environmental problems have become a major issue for diesel engine development. Although emission aftertreatment systems such as DPFs (diesel particulate filters), LNTs (lean NOx traps) and SCR (selective catalytic reduction) have been used in diesel vehicles, the manufacturing cost increase caused by this equipment can be hard to be control. Thus, it is better for engine emissions to be reduced by improving the combustion system. A dual-fuel combustion concept is a recommended method to improve a combustion system and effectively reduce emissions. Low reactivity fuel including gasoline and natural gas, which was supplied to the intake port by the FPI (port fuel injector), improved the premixed air-fuel mixture conditions before ignition. Additionally, a small amount of high reactivity fuel, in this case diesel, was injected into the cylinder directly as an ignition source. This dual-fuel combustion promises lower levels of NOx (nitrogen oxide) and PM (particulate matter) emissions due to the elimination of local rich regions in the cylinder. However, it is challenging to control the dual-fuel combustion because the combustion stability and efficiency deteriorate due to the lack of ignition source and reactivity. Thus, it is important to establish an appropriate dual-fuel operating strategy to achieve stable, high efficiency and low emission operation. As a result of this research, a detailed operating method of dual-fuel PCI (premixed compression ignition) was introduced in detail at a low speed and low load condition by using a single cylinder diesel engine. Engine operating parameters including the gasoline ratio, a diesel injection strategy consisting of multiple injectors and timing, the EGR (exhaust gas recirculation) rate and the intake pressure were controlled to satisfy the low ISNOx (indicated specific NOx) and PM emissions levels (0.21 g/kWh and 0.1 FSN, 0.040 g/kWh, respectively) as per the EURO-6 regulation without any after-treatment systems. The results emphasized that a well-constructed dual-fuel PCI operating strategy showed low NOx and PM emissions and high GIE (gross indicated fuel conversion efficiency) with excellent combustion stability.     

稀薄燃烧发动机改型设计及正时策略优化

基于某高速汽油机,对燃烧室结构、燃油喷射特性、凸轮型线改型设计为稀薄燃烧发动机。提出利用响应面模型对正时策略进行分析和优化的研究方法,并建立利用响应面进行多目标优化计算的流程。以提高有效功率和降低有效燃油消耗率为优化目标,以点火正时、空燃比和进排气正时为设计变量,建立了发动机性能与响应面耦合优化模型。分析与试验结果表明:较标准混合比燃烧时,稀薄燃烧发动机的进排气提前角减小,点火正时提前,最低燃油消耗率下降3.9%,最大功率提升9.7%;同时利用响应面优化方法提高了优化效率。     

稀燃汽油机NOx净化技术--吸附还原催化法试验研究

简述了降低稀燃汽油机NOx排放的催化分解法、选择还原催化法和吸附还原催化法。在8A-FE型汽油机上进行的试验表明，吸附还原催化法可有效地降低稀燃汽油机的NOx排放。建议采用传统三效催化器在前、稀燃NOx吸附还原催化转化器在后的联合布置方案，并严格限制汽油中的含硫量。