塩路昌宏

目前，內(nèi)燃機(jī)對(duì)于實(shí)現(xiàn)低碳排放目標(biāo)仍起著重要作用?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)已取得了一定技術(shù)進(jìn)步，而內(nèi)燃機(jī)熱效率的持續(xù)提升又有利于電驅(qū)裝置充分發(fā)揮技術(shù)功效。采用大流量廢氣再循環(huán)（EGR），提高壓縮比并實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒是內(nèi)燃機(jī)用于提高效率的核心技術(shù)。針對(duì)燃燒過(guò)程的優(yōu)化及新型燃燒技術(shù)的開(kāi)發(fā)對(duì)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展起著重要作用。概述目前車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，描述基于汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)化進(jìn)程而開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，著重論述了影響未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)的全新燃燒理念與燃燒方式等研究成果及發(fā)展前景。

車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī);燃燒技術(shù);新燃燒方式;燃燒現(xiàn)象;發(fā)展趨勢(shì)

0?前言

為解決汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中的各類(lèi)問(wèn)題，研究人員通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)有效改善了內(nèi)燃機(jī)排氣凈化及運(yùn)作過(guò)程。最近，隨著日本國(guó)內(nèi)政策的不斷引導(dǎo)與支持，日本政府在逐步推廣純電動(dòng)汽車(chē)（EV），并將其投入實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，為滿(mǎn)足日本國(guó)內(nèi)的低碳需求，研究人員仍須進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。

本文首先闡述了日本社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)及汽車(chē)普及情況，概述了車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，隨后對(duì)可用于汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了展望，并對(duì)影響未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1?社會(huì)需求與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的新進(jìn)展

如圖1 所示，隨著二戰(zhàn)后社會(huì)經(jīng)濟(jì)的逐步復(fù)蘇，日本國(guó)內(nèi)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得以飛速發(fā)展，由此引發(fā)了多種社會(huì)問(wèn)題，特別是由于汽車(chē)排放而導(dǎo)致的環(huán)境氣候的惡化現(xiàn)象，以及對(duì)人體健康帶來(lái)的危害。研究人員通過(guò)在日本各地對(duì)汽車(chē)廢氣排放進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)排放標(biāo)準(zhǔn)提出了進(jìn)一步要求。為滿(mǎn)足社會(huì)需求，日本政府制定了全新的排放法規(guī)，并逐步收緊排放法規(guī)限值。近年來(lái)，為抑制地球溫室效應(yīng)，研究人員須進(jìn)一步降低汽車(chē)CO2排放，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率化，并進(jìn)一步改善汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性。

如圖2所示，研究人員通過(guò)測(cè)量由汽車(chē)所排放的碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）及排放顆粒物（PM），計(jì)算出了上述排放物總量的變化過(guò)程及各車(chē)型產(chǎn)生排放物所占的比例。在由柴油車(chē)產(chǎn)生的排放物中，NOx及PM約占85%。在由汽油車(chē)產(chǎn)生的排放物中，HC約占60%。隨著法規(guī)的逐步強(qiáng)化，源于汽車(chē)的污染物排放量開(kāi)始逐步降低。就目前而言，除了光化學(xué)氧化劑及PM 2.5之外，其他排放物基本已可滿(mǎn)足相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

為滿(mǎn)足上述排放法規(guī)要求，研究人員開(kāi)始以提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能并改善燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)而進(jìn)一步開(kāi)展研發(fā)過(guò)程。包括發(fā)動(dòng)機(jī)零部件技術(shù)在內(nèi)的許多重大突破主要得益于先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算方法與分析技術(shù)。

研究人員在汽油機(jī)的如下技術(shù)領(lǐng)域中均取得了一系列進(jìn)展：（1）針對(duì)燃油供給系統(tǒng)中的精確空燃比控制、減速時(shí)的停缸技術(shù);（2）針對(duì)火花塞的技術(shù)改良及高能點(diǎn)火技術(shù);（3）針對(duì)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中凸輪驅(qū)動(dòng)方式的改良及基于相位與可變升程的控制技術(shù);（4）針對(duì)爆燃過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化并降低泵氣損失;（5）采用包括廢氣再循環(huán)（EGR）、增壓系統(tǒng)在內(nèi)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)改良技術(shù);（6）為降低機(jī)械損失而采用了潤(rùn)滑、冷卻等技術(shù)。

此外，在柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，4氣門(mén)系統(tǒng)、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)、EGR裝置、中間冷卻系統(tǒng)、可變截面渦輪增壓系統(tǒng)及共軌式噴油系統(tǒng)等領(lǐng)域均取得了一系列進(jìn)展。研究人員通過(guò)采用氧化催化劑及柴油機(jī)排氣顆粒過(guò)濾器（DPF），并降低NOx催化劑的排氣后處理系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)了降低排放與提高整機(jī)熱效率的技術(shù)目標(biāo)。

2?汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)化時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

從2017年起，汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得以飛速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程主要與以下因素存在密切聯(lián)系：（1）主要國(guó)家地區(qū)（如西歐、中國(guó)、美國(guó)加利福尼亞州等地）的政府及相關(guān)部門(mén)出臺(tái)支持政策，并提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助;（2）各大汽車(chē)生產(chǎn)商（OEM）的經(jīng)營(yíng)方針。

在歐洲，以大眾柴油機(jī)排放門(mén)為契機(jī)，研究人員重新制定了針對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的排放法規(guī)，并提出了應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的解決措施，同時(shí)將逐步引進(jìn)EV與插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）。在中國(guó)地區(qū)，政府部門(mén)除了采用相關(guān)環(huán)保政策之外，同時(shí)也在大力推進(jìn)新能源汽車(chē)（EV、燃料電池汽車(chē)（FCV）、PHEV）的制造與銷(xiāo)售進(jìn)程。如圖3所示，在最近十幾年中，中國(guó)的乘用車(chē)保有量得以飛速增長(zhǎng)，OEM也在通過(guò)各種方式對(duì)中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行深入了解，并探索相應(yīng)的戰(zhàn)略方針。

與上述發(fā)展趨勢(shì)相呼應(yīng)，汽車(chē)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了一系列變化，不同行業(yè)的從業(yè)人員也逐步加入到汽車(chē)領(lǐng)域中來(lái)。隨著世界范圍內(nèi)新能源汽車(chē)的逐漸普及，各大車(chē)企有針對(duì)性地?cái)U(kuò)大經(jīng)營(yíng)規(guī)模，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。同時(shí)，各大車(chē)企也加強(qiáng)了與電氣設(shè)備OEM的合作，并確保電池供應(yīng)體系的構(gòu)建與完善，從而逐步搭建起基于該領(lǐng)域的技術(shù)平臺(tái)。

為了適應(yīng)當(dāng)前汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)時(shí)代的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也逐漸呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)，各種混合動(dòng)力系統(tǒng)也得到了充分發(fā)展?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)（HEV）仍需要隨車(chē)攜帶傳統(tǒng)化石燃料，因此不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性依然是重中之重。隨著對(duì)阿特金森循環(huán)等技術(shù)的有效應(yīng)用，HEV預(yù)計(jì)可將整車(chē)燃油耗降低約20%～50%。目前，研究人員已將燃燒控制技術(shù)、降低冷卻損失及抑制爆燃的相關(guān)技術(shù)列為亟待解決的重要課題。

就PHEV而言，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)與HEV相似。PHEV可有效延伸整車(chē)?yán)m(xù)航里程，并充分降低了燃油耗。但在電池容量增大的同時(shí)，由于整車(chē)質(zhì)量增加，會(huì)相應(yīng)引發(fā)燃油經(jīng)濟(jì)性惡化及成本上升等問(wèn)題。對(duì)此，研究人員建議可將純電驅(qū)動(dòng)作為基本行駛模式，而用最大功率約為20 kW的小型發(fā)動(dòng)機(jī)作為增程器。同時(shí)，研究人員也在力求改善發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦現(xiàn)象，同時(shí)使動(dòng)力裝置實(shí)現(xiàn)輕量化，并視情況采用阿特金森循環(huán)。

3?發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)的發(fā)展

3.1?新型燃燒方式

為實(shí)現(xiàn)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率化，研究人員須利用先進(jìn)的零部件技術(shù)。在充分考慮了冷卻損失的前提下，研究人員對(duì)熱釋放系數(shù)進(jìn)行了研究。在燃燒持續(xù)期內(nèi)，由于在熱釋放開(kāi)始階段下指示熱效率逐漸提高，因此研究人員有必要對(duì)燃燒持續(xù)期進(jìn)行著火定時(shí)控制。如果最高壓力被限制在較低的水平，在燃燒持續(xù)期較短的情況下，研究人員須相應(yīng)推遲熱釋放開(kāi)始時(shí)刻。在燃用稀薄混合氣的條件下，為縮短發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒持續(xù)期，部分研究人員提出了有效利用預(yù)混合燃燒的方案。

目前，研究人員對(duì)均質(zhì)充量壓縮著火（HCCI）技術(shù)的關(guān)注度與日俱增。HCCI技術(shù)在汽油機(jī)低負(fù)荷工況下可充分發(fā)揮作用，但在變工況條件下，適當(dāng)?shù)乜刂苹旌蠚獾淖灾疬^(guò)程有著較高難度。而通過(guò)火花點(diǎn)火方式能可靠地使部分混合氣進(jìn)行燃燒。目前使稀薄混合氣實(shí)現(xiàn)壓縮著火并對(duì)快速燃燒進(jìn)行控制的方法已進(jìn)行了實(shí)用化。除了利用可變氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)壓縮比的可變過(guò)程，并利用機(jī)械增壓以實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量控制之外，研究人員還通過(guò)采用高壓汽油的直接噴射方式形成合適的混合氣，同時(shí)利用大流量EGR降低燃燒溫度，由此減少NOx排放量。與此同時(shí)，研究人員利用各氣缸中設(shè)置的燃燒壓力傳感器，并根據(jù)采集的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、機(jī)外溫度、氣壓等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程的精確控制。

研究人員對(duì)預(yù)混合壓縮著火（PCCI）技術(shù)也開(kāi)展過(guò)許多研究。在該燃燒方式中，雖力求同時(shí)降低NOx與碳煙排放，但如果增加噴射量，會(huì)使混合氣濃度提高，并使燃燒過(guò)程過(guò)于粗暴，所以該燃燒技術(shù)通常僅在部分負(fù)荷工況下得以應(yīng)用。目前也有相關(guān)研究表明，除了采用大流量EGR之外，可通過(guò)米勒循環(huán)降低有效壓縮比，即使在高負(fù)荷工況下也能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的燃燒過(guò)程，并大幅降低NOx與PM。同時(shí)，研究人員通過(guò)調(diào)節(jié)膨脹比，能使熱效率保持不變。未來(lái)，研究人員可通過(guò)對(duì)噴射、燃燒控制等相關(guān)技術(shù)的有效應(yīng)用，擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。

近年來(lái)，研究人員對(duì)反應(yīng)可控壓縮著火（RCCI）技術(shù)進(jìn)行了研究。在該燃燒過(guò)程中，以預(yù)混合氣的快速燃燒作為增加等容度的主要方式，并能實(shí)現(xiàn)較高的指示熱效率。在多種負(fù)荷條件下進(jìn)行的穩(wěn)定著火控制，抑制劇烈的熱釋放過(guò)程并確保燃燒效率是目前亟待解決的重要課題。為了進(jìn)一步提高熱效率，研究人員認(rèn)為上文所述的PCCI燃燒技術(shù)有著較好的應(yīng)用前景，同時(shí)為擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，須相應(yīng)采用進(jìn)排氣控制、燃料噴射控制等先進(jìn)技術(shù)。

3.2?燃料-空氣混合與燃燒

燃料-空氣混合氣的形成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程有著重要影響。圖4表示采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）得出的多種燃燒方式條件下的熱釋放率與50%燃燒過(guò)程中當(dāng)量比φ-溫度T的分布示意圖。燃燒反應(yīng)過(guò)程主要受以下因素影響，主要包括燃料供給方式、定時(shí)的燃料-空氣混合氣的形成過(guò)程及燃燒氣體的φ-T分布。

在普通的柴油燃燒過(guò)程中，即便在混合氣著火后，缸內(nèi)仍在繼續(xù)進(jìn)行燃油噴射。在經(jīng)分層后的混合氣稀薄化處理過(guò)程中，噴霧及燃燒過(guò)程還在繼續(xù)進(jìn)行。雖然著火及燃燒過(guò)程的可操縱性較好，但同時(shí)降低NOx與碳煙仍是亟待解決的課題。就PCCI燃燒方式而言，通常在壓縮行程中會(huì)采用多種噴射策略，使混合氣實(shí)現(xiàn)分層，并且NOx的排放量較高，而碳煙排放量則相對(duì)較低。在該工況條件下，研究人員通過(guò)延遲噴射即可延長(zhǎng)燃燒持續(xù)期，進(jìn)而降低壓力升高率。在HCCI燃燒過(guò)程中，通常會(huì)在進(jìn)氣行程中供應(yīng)燃油，使稀薄混合氣實(shí)現(xiàn)壓縮點(diǎn)火。雖然NOx與碳煙的排放較少，但受化學(xué)反應(yīng)速度的影響，對(duì)著火及燃燒過(guò)程進(jìn)行控制有著較高難度。在壓力上升率較高與負(fù)荷較低的條件下，燃燒效率會(huì)相應(yīng)降低。在RCCI燃燒過(guò)程中，由于研究人員對(duì)2種燃料比及燃料噴射定時(shí)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，因此可有效抑制NOx與碳煙排放，并可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的著火及燃燒控制過(guò)程。目前，在低負(fù)荷工況下改善燃燒效率并在高負(fù)荷工況下降低燃燒噪聲等課題仍亟待解決。

隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程的CFD技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，預(yù)測(cè)精度也大幅提高，并成為了當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可缺少的工具。目前，研究人員仍需要進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度，并對(duì)燃料-空氣的微觀(guān)混合形態(tài)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

如圖5所示，在由研究人員所提出的隨機(jī)過(guò)程理論模型中，最初分離著的燃料（燃料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)Y=1）與空氣（Y=0）實(shí)現(xiàn)湍流混合，并按照隨機(jī)過(guò)程理論而逐步形成均勻混合過(guò)程。該混合過(guò)程應(yīng)用了相關(guān)研究人員所提出的二體碰撞及再分散模型，該模型利用由湍流特性所決定的頻度ω，在1個(gè)較大流體塊經(jīng)歷了碰撞及融合過(guò)程后，將其分解為2個(gè)相等的較小流體塊。研究人員通過(guò)對(duì)ω的時(shí)間積分定義無(wú)量綱時(shí)刻η（該數(shù)值與1個(gè)流體塊的平均碰撞次數(shù)一致），并可用于表示混合度。換言之，到η=2時(shí)，是按分散濃度進(jìn)行分布的狀態(tài)，但在逐漸達(dá)到η=6的狀態(tài)后，濃度會(huì)接近于正態(tài)分布。η=12時(shí)，濃度會(huì)更接近于平均濃度Yo，表明了其可形成均勻的混合氣。在圖5中，不同顏色圖案表示燃料在空間均勻破碎時(shí)的濃度分布狀況。因此，作為湍流混合過(guò)程的評(píng)價(jià)指標(biāo)起著重要作用。此外，ω與湍流強(qiáng)度u′與積分比例L存在數(shù)值關(guān)系，可通過(guò)ω=0.4 u′/L的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

研究人員利用該模型對(duì)柴油無(wú)因次燃燒過(guò)程進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究。計(jì)算中，得出了隨時(shí)間變化的熱釋放量及壓力過(guò)程。研究人員可相應(yīng)計(jì)算出燃油噴射量、噴油定時(shí)、渦流比、EGR條件下的缸內(nèi)壓力及熱釋放率，從而合理地預(yù)測(cè)NO生成量的變化。

通過(guò)該模型，研究人員可得出燃料-空氣的不均勻度與濃度、燃燒后的溫度與NO生成速度的概率分布。研究人員通過(guò)應(yīng)用基于隨機(jī)分析系統(tǒng)（RANS）的CFD仿真，能有效記錄各個(gè)計(jì)算單元內(nèi)的微觀(guān)混合情況。研究人員通過(guò)引入反應(yīng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，也能將其應(yīng)用于柴油機(jī)的PCCI燃燒過(guò)程中。此外，除了能通過(guò)無(wú)因次計(jì)算以預(yù)測(cè)噴霧著火過(guò)程之外，研究人員可根據(jù)實(shí)測(cè)的壓力、放熱率而得出基于混合時(shí)間的變化函數(shù)，由此可對(duì)多次噴射時(shí)的排氣進(jìn)行預(yù)測(cè)。通常，研究人員認(rèn)為在強(qiáng)湍流場(chǎng)中對(duì)于點(diǎn)火不確定性與循環(huán)變動(dòng)的預(yù)測(cè)結(jié)果，以及對(duì)由壁面碰撞而產(chǎn)生的流動(dòng)過(guò)程的觀(guān)測(cè)過(guò)程也起著重要作用。

3.3?燃燒室壁面附近現(xiàn)象的說(shuō)明

通過(guò)采用最新的燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，研究人員能對(duì)各種各樣的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)規(guī)格及運(yùn)轉(zhuǎn)條件實(shí)施最佳的燃燒控制，但如要進(jìn)一步改善燃燒過(guò)程并提高熱效率，仍有許多后續(xù)工作需要開(kāi)展。

研究人員就燃燒室壁面非穩(wěn)定熱傳導(dǎo)問(wèn)題，運(yùn)用了如圖6所示的等容燃燒裝置及高響應(yīng)性熱流束傳感器（Vatell，HFM-7），通過(guò)氣體射流火焰及均勻混合氣的傳播火焰對(duì)壁面熱流束變化進(jìn)行了計(jì)測(cè)。圖7是在采用預(yù)燃方式的條件下（溫度為950 K，壓力為2 MPa，氧氣濃度為21%），從噴孔直徑為0.8 mm的噴嘴中以噴射壓力為8 MPa，噴射持續(xù)期為9 ms的參數(shù)噴射了氫燃料并使其自行著火燃燒后的結(jié)果。圖7示出了缸內(nèi)燃燒壓力p，放熱率dq/dt，平均溫度Tave及在燃燒室壁面的2點(diǎn)P1、P2處測(cè)算出的熱流束qhf的時(shí)間與噴射后的時(shí)刻t的關(guān)系。圖7（a）中的號(hào)碼對(duì)應(yīng)于圖7（b）中逆光攝影圖像的時(shí)刻，噴霧在與容器壁面相碰撞后（圖像①），在噴射后的3.25 ms內(nèi)在P2附近著火，dq/dt數(shù)值隨之急劇增大（圖像③）?；鹧嬖诘竭_(dá)P2（圖像②），并進(jìn)行快速傳播（圖像④），隨即進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，在圖像⑤時(shí)到達(dá)P1工況點(diǎn)。在噴射過(guò)程結(jié)束后（圖像⑦），dq/dt數(shù)值隨之減小，同時(shí)火焰亮度有所降低（圖像⑧、圖像⑨）。qhf對(duì)應(yīng)于以上燃燒區(qū)域的變化過(guò)程，P2在圖像④，P1在圖像⑥的時(shí)刻急劇增加。P2在擴(kuò)散燃燒持續(xù)期（圖像④～圖像⑦），持續(xù)保持相對(duì)恒定的值，隨著火焰亮度的降低（圖像⑧、圖像⑨），qhf也得以緩慢減小。P1在圖像⑦出現(xiàn)極大值之后，qhf數(shù)值同樣有所減少。此外，P2相比于P1之所以qhf數(shù)值較高，是由于在P2附近，著火燃燒的氣體由于存在絕熱壓縮現(xiàn)象而具有較高的溫度。根據(jù)上述情況進(jìn)行分析，對(duì)燃燒室壁面附近的著火過(guò)程得出了2項(xiàng)結(jié)論：（1）在該燃燒過(guò)程中存在較大的熱損失;（2）在可燃混合氣自行著火燃燒的過(guò)程中，使qhf的數(shù)值相對(duì)較高。

而且，為了對(duì)燃燒過(guò)程中熱傳導(dǎo)的狀況進(jìn)行直接觀(guān)測(cè)，研究人員采用了具有5根微細(xì)熱電偶的傳感器，并測(cè)算了壁面附近的溫度分布。該5根微細(xì)熱電偶分別為A、B、C、D、E，其中A、B、C線(xiàn)材直徑為25 μm，D、E線(xiàn)材直徑為75 μm，伸長(zhǎng)距離為δ。圖8（a）表示了從點(diǎn)火后到燃燒結(jié)束時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力p，放熱率dq/dt，各熱電偶的溫度T，局部熱流束qhf的持續(xù)時(shí)間與點(diǎn)火后的時(shí)刻t的關(guān)系。圖8（b）除了表示qhf與T的關(guān)系之外，根據(jù)由壓力變化而計(jì)算出的未燃?xì)怏w溫度Tu及在溫度傳感器附近進(jìn)行放大拍攝的逆光攝影圖像（圖8（c））截取2個(gè)時(shí)刻的圖像作為實(shí)例（分別為23.90 ms與32.45 ms），并在火焰鋒面接近壁面約5 mm并持續(xù)14 ms后，示出了火焰鋒面與壁面的距離x。圖8中相應(yīng)示出了各熱電偶的δ值，在缸內(nèi)溫度急劇升高的時(shí)期，同時(shí)在相同的線(xiàn)材直徑條件及δ值較大的情況下，溫度增長(zhǎng)速度較快。在δ相同的條件下，線(xiàn)材直徑越細(xì)小，時(shí)間常數(shù)會(huì)相應(yīng)提前。T及qhf會(huì)隨著未燃?xì)怏w的壓縮加熱而緩慢地增加，由于火焰鋒面的接近，dq/dt數(shù)值得以明顯增大。相比于qhf在火焰鋒面到達(dá)壁面后成為極大值，T極大值的出現(xiàn)存在滯后現(xiàn)象。盡管研究人員充分考慮到了熱電偶信號(hào)的時(shí)間常數(shù)，并對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，T的極大值也比火焰溫度更低。由于T的極大值會(huì)隨著δ的減少而降低，研究人員認(rèn)為T(mén)的數(shù)值大小能在某種程度上影響到邊界層內(nèi)的溫度分布。根據(jù)在各種條件下進(jìn)行同樣測(cè)算的結(jié)果，可得出如下趨勢(shì)。在燃燒溫度較高的條件下，由于壓縮加熱導(dǎo)致溫度與熱流束的形成速度快速增加，同時(shí)由于溫度梯度較大，qhf也會(huì)相應(yīng)變大。

近年來(lái)，研究人員正在開(kāi)展針對(duì)壁面附近現(xiàn)象的測(cè)算研究與模型試驗(yàn)。以發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面的熱流束為例，研究人員歷來(lái)通過(guò)熱電偶對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并按照非穩(wěn)定傳熱分析而進(jìn)行計(jì)算。在柴油機(jī)領(lǐng)域，由于燃燒室壁面碰撞而使熱流束增加的現(xiàn)象會(huì)限制熱效率的提高，因此研究人員目前正運(yùn)用多個(gè)傳感器以對(duì)熱流束進(jìn)行測(cè)算并對(duì)燃燒現(xiàn)象進(jìn)行研究。同時(shí)，研究人員利用激光電子式傳感器（LES）進(jìn)行燃燒室壁面碰撞噴霧動(dòng)態(tài)與局部熱流束分布的數(shù)值分析，并研究了火焰接近壁面附近時(shí)的放大攝影圖像，根據(jù)對(duì)溫度邊界層厚度的推定結(jié)果，從而對(duì)傳熱系數(shù)與熱流束進(jìn)行驗(yàn)算。

近年來(lái)，利用壁溫回轉(zhuǎn)式隔熱膜以改善熱效率的效果引起了研究人員的關(guān)注。研究人員采用基于激光誘導(dǎo)熒光法（LIF）的壁面溫度測(cè)算方法，并充分利用粒子圖像測(cè)速法（μPIV），對(duì)壁面附近的氣體進(jìn)行流動(dòng)測(cè)算。相關(guān)燃燒機(jī)理說(shuō)明上述方法正有效地應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)計(jì)過(guò)程中。此外，基于薄膜測(cè)溫電阻器式的微電子機(jī)械（MEM）技術(shù)的相鄰多點(diǎn)熱流束測(cè)試傳感器已得以成功開(kāi)發(fā)，可期待其將在今后的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試領(lǐng)域中得以應(yīng)用。

4?結(jié)論

上文概述了可有效滿(mǎn)足社會(huì)需求的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，并對(duì)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)時(shí)代的相關(guān)發(fā)展條件進(jìn)行了展望。

隨著環(huán)境及物質(zhì)需求的變化，社會(huì)各界對(duì)汽車(chē)性能的要求也在逐步提升。目前，按照節(jié)能降耗的技術(shù)觀(guān)念，研究人員仍須持續(xù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。燃料-空氣混合氣的形成過(guò)程、燃燒室壁面附近燃燒現(xiàn)象及其控制技術(shù)將是未來(lái)數(shù)年間的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。