【正文】 rswitched) 火花點火線圈即能提供足夠的點火能量，并能可靠工作，但對于燃空當(dāng)量比φ，就需要更高的點火能量以保證汽油機可靠的著火[10]。高能點火和寬間隙的火花塞有利于火核形成，縮短著火落后期，減小循環(huán)變動、擴大稀燃極限。采用電子技術(shù)加大點火能量，提高火花強度并能根據(jù)發(fā)動機工況的要求自動調(diào)節(jié)點火提前角，加長火花持續(xù)時間，確保燃燒可靠，尤其在稀薄燃燒時，高能點火能促進火焰核心的形成，提高混合氣的著火性，降低排放，尤其是HC排放，同時也有一定的節(jié)能效果。當(dāng)然由于高能點火使火花塞燒蝕增加，火花塞的壽命也會縮短。汽油機噴油策略 早期設(shè)計的單點噴射或節(jié)氣門體噴射，是在進氣歧管前的一個節(jié)氣門處用一個噴油器噴射，不能使燃油均勻、及時地進入各氣缸，已被多點噴射所代替。多點噴射是在每一氣缸的進氣門前裝一個噴油器噴油，它可明顯改善各缸供油的均勻性，而且動態(tài)響應(yīng)比單點的好。近來，為了使各氣缸間的油氣混合過程相同以獲得更好的性能，各噴油器同時噴射又被按各缸發(fā)火次序的順序噴射所代替。多點噴射使燃油分配與進氣歧管的結(jié)構(gòu)無關(guān)，燃油分配更均勻，由于燃油分配不均勻而需要考慮的分配辛烷值問題已經(jīng)不需要考慮了，這樣不論發(fā)動機在熱態(tài)或冷態(tài)下工作，其過渡特性都是最佳的。同時，由于進氣歧管中只有空氣，進氣歧管可設(shè)計得使發(fā)動機達到最大的充氣量，可進一步提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和做功能力，并能降低能量消耗。電子控制技術(shù)的使用，使得發(fā)動機噴射策略、點火時刻、抗爆震等能瞬時可調(diào)、可控。如在汽油機機體上安裝爆震傳感器，當(dāng)爆震出現(xiàn)時，爆震傳感器就向ECU發(fā)出相關(guān)信號，ECU接收此信號后，就會按一定程序自動推遲點火時間，防止爆震的發(fā)生。如果不發(fā)生爆震了，ECU就提前點火時間，這樣就能提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。二、車用柴油機柴油機壓縮比高，平均空燃比大，燃燒熱效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好。近幾十年來，由于世界各國競相發(fā)展集約化節(jié)能型經(jīng)濟，竭力降低單位國民產(chǎn)值的能耗，全球范圍內(nèi)又掀起了控制CO2排放以緩解溫室效應(yīng)的熱潮，因此，車用柴油機又受到了青睞，其中歐洲轎車用柴油機發(fā)展很快，在新生產(chǎn)的轎車中，裝用柴油機的已達50%。柴油機的燃油消耗量已顯著低于汽油機的，但還希望進一步降低?，F(xiàn)在全世界已樹立起轎車3L/100km油耗的目標(biāo)，因而還需要對柴油機進行優(yōu)化改進。為此，需采取下列技術(shù)措施：直接噴射式燃燒室 傳統(tǒng)的看法是非直噴式燃燒室柴油機的高速性好、工作平順、噪聲低，適用于輕型車，但它的固有缺點是節(jié)流和散熱損失大，燃油消耗量高，冷起動困難?，F(xiàn)代直噴式柴油機已可以以40005000 r/min的轉(zhuǎn)速運行，其燃油消耗量比非直噴式柴油機低10%左右，且增壓強化潛力大，起動性能好[9]。每缸4氣門結(jié)構(gòu) 4氣門結(jié)構(gòu)可增大進排氣流道面積，提高充量系數(shù)，降低泵氣損失；噴油器可以垂直布置于氣缸軸線附近，對油氣混合有利；通過開關(guān)兩個進氣道之一可獲得可變的進氣渦流比，拓寬柴油機的高效工作轉(zhuǎn)速范圍。傳統(tǒng)的看法是只有缸徑130150mm以上的大功率高速、強化柴油機可用每缸4氣門結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)代轎車柴油機，即使缸徑小到7080 mm，也希望采用這種結(jié)構(gòu)。增壓中冷 渦輪增壓是提高柴油機充氣量和功率密度、降低燃油消耗的主要手段之一，同時它可以降低柴油機的PM和煙度排放，但增壓會使發(fā)動機的循環(huán)溫度提高，NO排放增加。采用中冷技術(shù)可降低進氣溫度，提高進氣密度，可進一步提高發(fā)動機的功率，同時能降低循環(huán)溫度，抑制NO生成。但采用常規(guī)的渦輪增壓器不能在很寬的運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)與柴油機良好匹配，如采用低速匹配可改善發(fā)動機的低速性能，但高速性能受損；采用高速匹配則低速性能和加速性變差。采用帶排氣旁通閥的增壓器可緩解這一矛盾，但排氣能量的損失勢必影響發(fā)動機的經(jīng)濟性。只有電控可變幾何截面或可變噴嘴渦輪增壓器，才能根據(jù)發(fā)動機的工況要求，適時調(diào)節(jié)渦輪噴嘴截面積以達到所需的增壓壓力，實現(xiàn)從低速到高速全工況的優(yōu)化，使柴油機的性能得到很大提高， MPa平坦的平均有效壓力。通過增壓，在不降低發(fā)動機功率輸出的情況下，可縮小發(fā)動機尺寸，可節(jié)油10%[11]。高壓燃油噴射系統(tǒng) 柴油機要盡快實現(xiàn)油氣均勻混合，以保證燃燒迅速、完全，除了必要的空氣流動外，燃油霧化質(zhì)量至關(guān)重要。研究表明：為了保證柴油機實現(xiàn)高效低排放燃燒，噴油壓力應(yīng)從目前的50100MPa提高到150200MPa。對于目前廣泛使用的泵—管—噴嘴式噴油系統(tǒng)來說，噴油壓力過高很易造成異常噴射，而且這種噴油系統(tǒng)只有在最高轉(zhuǎn)速和最大負荷下才能產(chǎn)生最高的噴油壓力，而在低速、小負荷時，噴油壓力迅速下降。此外，這種噴油系統(tǒng)很難實現(xiàn)噴油規(guī)律的控制。共軌式燃油噴射系統(tǒng)采用獨立的高壓供油泵，可提供很高的噴油壓力（150 MPa），而且通向各噴油器的高壓油管很短，不會出現(xiàn)不可控制的異常噴射情況。此外，噴油壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷無關(guān)，即在低速小負荷工況時能維持足夠的噴油壓力，且可獨立控制噴油。通過對噴油器中電磁閥的適當(dāng)控制，共軌系統(tǒng)能實現(xiàn)多次噴射，可降低燃燒噪聲和NOx排放。具有高噴射壓力的柴油機，大型載重車的比燃油消耗率已達150g/kW h，轎車柴油機的比燃油消耗率也能低于205g/kW h。大眾公司開發(fā)的Lupo 3缸轎車，用泵噴嘴可實現(xiàn)200MPa的壓力，該車的百公里油耗僅為3升。除此之外，減少活塞環(huán)張力、優(yōu)化活塞裙部或其承載面、減少氣缸套扭曲變形，減少運動件的摩擦，能改善發(fā)動機的經(jīng)濟性2%，用滾動凸輪挺柱替代滑動挺柱，可改善燃油經(jīng)濟性2%[4]；利用電子或液壓驅(qū)動器關(guān)閉某些氣缸的進排氣門，使其不工作，可減少發(fā)動機的燃油消耗710%[4]。根據(jù)車輛性能要求適時調(diào)整壓縮比，如在低負荷時，發(fā)動機以高壓縮比工作以節(jié)油，而在高負荷時用低壓縮比以防止爆震。不久的將來，:121:1之間的發(fā)動機將被設(shè)計出來，據(jù)稱節(jié)油率可達30%[11]。三、均質(zhì)充量壓縮著火（HCCI）燃燒技術(shù)HCCI燃燒方式能有效地解決傳統(tǒng)均質(zhì)稀燃汽油機燃燒速度慢的缺點，是有別于傳統(tǒng)汽油機均質(zhì)點燃預(yù)混燃燒、柴油機非均質(zhì)壓燃擴散燃燒和GDI發(fā)動機分層稀薄燃燒方式的第4種燃燒方式。HCCI發(fā)動機利用的是均質(zhì)混合氣，通過提高壓縮比或可變壓縮比、采用廢氣再循環(huán)、進氣加溫和增壓等手段提高缸內(nèi)混合氣的溫度和壓力，促使混合氣壓縮自燃，并在缸內(nèi)形成多點著火，從而減少火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒持續(xù)期。HCCI燃燒方式與柴油機的不同點在于：柴油機在著火時刻燃油還沒有完全蒸發(fā)混合，進行的是以擴散燃燒方式主的燃燒，燃燒過程主要受燃油蒸發(fā)速率及其與空氣的混合速率的控制。而HCCI燃燒方式則在著火以前已經(jīng)形成了均勻的混合氣，其燃燒方式是預(yù)混燃燒模式，它的燃燒速率只與燃料的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)有關(guān)。HCCI發(fā)動機燃燒熱效率接近Otto循環(huán)，其主要原因是 [12]：（1）節(jié)流損失小 HCCI發(fā)動機對負荷的控制是通過調(diào)節(jié)燃油噴射量、改變空燃比來實現(xiàn)的，因此節(jié)氣門的節(jié)流損失小。（2）壓縮比高 對于常規(guī)汽油機來說，由于其空燃比限制在化學(xué)計量比附近，其壓縮比不能太高（8:112:1），否則容易出現(xiàn)爆燃。HCCI發(fā)動機工作混合氣較稀，采用汽油作燃料時，可以在過量空氣系數(shù)為39的范圍內(nèi)穩(wěn)定燃燒。為了實現(xiàn)壓縮自燃，必須采用高壓縮比（12:121:1，與直噴柴油機相近）。高壓縮比意味著高的指示熱效率。（3）燃燒持續(xù)期短 HCCI是多點同時著火，火焰不需要在整個氣缸內(nèi)傳播，使燃燒持續(xù)期縮短。豐田汽車公司[13]的研究表明：HCCI發(fā)動機平均指示壓力與GDI汽油機和柴油機相當(dāng)，其燃油消耗率水平甚至達到180200 g/kW h，指示熱效率超過50%，達到直噴式柴油機的水平，并且隨著進氣溫度的提高，HCCI燃燒的稀燃界限可拓寬至空燃比80以上。HCCI燃燒還具有低污染潛力。從理論上講，在HCCI燃燒過程中，均勻的空燃混合氣及殘余廢氣被壓縮，燃燒在多點同步發(fā)生，無明顯火焰前鋒，燃燒溫度比較均勻，NOx和PM的形成被有效抑止。但HCCI燃燒方式燃燒峰值壓力高、可運轉(zhuǎn)范圍狹窄、燃燒控制比較困難，因此，完全意義上的HCCI發(fā)動機投入使用的時間很難預(yù)測，但采用多種燃燒模式相結(jié)合的發(fā)動機可以較快投入使用，在起動和大負荷時使用點燃或壓燃，在中低負荷時轉(zhuǎn)換為HCCI燃燒方式，使發(fā)動機在中低負荷有良好的經(jīng)濟性和較低的排放。未來的排放法規(guī)對NOx和微粒排放提出了越來越嚴(yán)格的要求，所以在柴油機上使用HCCI方式將會受到越來越廣泛的關(guān)注。四、結(jié)束語 由于各種新材料、新工藝、新型設(shè)計方法的廣泛應(yīng)用，人們對發(fā)動機燃燒過程認(rèn)識的不斷深入，新型燃燒方式的采用，并輔之以良好的電子控制技術(shù)作為保證，發(fā)動機在節(jié)能降耗、減少有害排放物等方面必將發(fā)揮更大的作用。就我國來說，現(xiàn)行使用的發(fā)動機整體水平比較落后，應(yīng)推廣低能量消耗、低污染排放的發(fā)動機技術(shù)，以提高能量利用率、改善我國大氣環(huán)境質(zhì)量。參考文獻Plotkin S E. European and Japanese fuel economy initiatives: what they are, their prospects for success, their usefulness as a guide for US action. Energy Policy 29 1073–1084, 2001. 劉鐵男. 中國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展. 中國能源, 2002, 3: 610.尚秀鏡，劉友鈞. 射流燃燒技術(shù)在車用汽油機上的應(yīng)用研究. 內(nèi)燃機學(xué)報, 16(3): 335341, 1998.　. Congress, Office of Technology Assessment. Improving Automobile Fuel Economy: New Standards, New Approaches. Washington, DC: . Government Printing Office, October 1991.Horie K et al. The development of a high fuel economy and high performance fourvalve burn engine. SAE 920455, 1992.，199903.，200003.Zhao F., Lai ., Harrington . Automotive sparkignited directinjection gasoline engines. Prog. Energy Combust. Sci. 25437–562, 1999.劉巽俊，汽車發(fā)動機在節(jié)能和排放領(lǐng)域的新進展，汽車技術(shù)，4，2001.Dale JD, Checkel MD, Smy PR. Application of high energy ignition systems to engines. Prog. Energy Combust. Sci. 23: 379398, 1997.Road Safety and Motor Vehicle Regulation Transport Canada. Advanced Technology Vehicles Program 2001 – 2002 Annual Report. Ottawa, Ontario January, 2003.Christensen M, et al. Demonstrating the multifuel capability of a homogeneous charge pression ignition engine with variable pression ratio. SAE paper 1990013679. Aoyama T, et al. An experimental study on premixedcharge pression ignition. SAE paper 892068.國外醇類燃料的發(fā)展及醇類燃料在我國的應(yīng)用張永光 石油化工科學(xué)研究院一、概述乙醇（CH3CH2OH ）、甲醇（CH3OH）均是重要的有機化工原料，在化學(xué)、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有著廣泛的用途。乙醇主要用作溶劑，也用于制染料、涂料、合成橡膠、醫(yī)藥、洗滌劑、化妝品等。乙醇既可以由乙烯水合制成，也可由谷類、甘蔗和任何含淀粉或糖類的農(nóng)作物為原料采用生物發(fā)酵方法制成。目前，國際上燃料乙醇的總產(chǎn)量約為2400萬噸，巴西是世界上最大的乙醇生產(chǎn)國之一，2000年乙醇產(chǎn)量達到1031萬噸，其主要生產(chǎn)原料是甘蔗。，2002年乙醇產(chǎn)量達到650萬噸左右，其主要原料為玉米。我國乙醇生產(chǎn)主要依靠玉米、薯類和甘蔗等發(fā)酵制取。目前，全國乙醇產(chǎn)量約200余萬噸/年。甲醇主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲脂等多種有機化工產(chǎn)品，甲醇也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的原料，甲醇還是非常重要的溶劑之一。目前，國際上甲醇主要由天然氣（目前約占世界78％）、重油（占10％）、石腦油（占7％）、液化石油氣（占3％）、煤炭（占2％）生產(chǎn)，我國甲醇主要是以煤炭為原料生產(chǎn)的。甲醇的生產(chǎn)方法主要是合成法。目前，全世界的甲醇生產(chǎn)能力已達3700萬噸/年，2000年全世界甲醇產(chǎn)量達2835萬噸。我國現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)廠家月100家，2001年全國甲醇產(chǎn)量為206萬噸，進口150萬噸。1908年，美國人Henry Ford設(shè)計并制造了世界上第一臺使用純乙醇的汽車；30年代乙醇在美國第一次和汽油混合用于汽車燃料；同期，在德國、法國、巴西和新西蘭等國也開始了乙醇/汽油混合燃料的應(yīng)用。70年代第二次世界石油危機后，世界各國從尋找替代燃料的目的出發(fā)，紛紛開展一系列摻醇汽油或純甲醇（純乙醇）代替車用汽油的研究工作。其中，巴西、美國等國曾先后推廣使用含10％、22％、85％等不同比例乙醇的車用燃料。德國、瑞典、新西蘭等國先后曾推廣使用含15％甲醇的M15汽油，1987年美國加州開始推廣使用含85%甲醇的汽油。目前，巴西汽油只有20%乙醇含量的乙醇汽油和純乙醇燃料，美國市場上以10%乙醇含量的乙醇汽油為主。1990年，美國國會通過空氣清凈法（修正案），為改善城市空氣質(zhì)量，開始實施含氧及新配方汽油計劃，要求在汽油中添加含氧量≯%（m/