內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排技術(shù)及未來發(fā)展趨勢(shì)研究

吳志海，涂宇，羅斐，譚延暉，劉琛

(1.長沙軌道交通運(yùn)營有限公司，湖南 長沙，410000；2.湖南交通工程學(xué)院 湖南 衡陽，421009)

據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年上半年我國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.6億輛[1]，較去年持續(xù)增長。這一現(xiàn)狀帶來的汽車尾氣污染也日益嚴(yán)重。對(duì)此，環(huán)境保護(hù)部、國家質(zhì)檢總局出臺(tái)了國家第六階段機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)嚴(yán)格的燃料消耗量和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能減排技術(shù)仍是研究熱點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)通過改善燃燒方式、采用清潔的石油燃料和電控噴射等方式達(dá)到節(jié)能的目的。但是，要應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的排放標(biāo)準(zhǔn)仍然是不夠的。隨著車輛智能化和網(wǎng)聯(lián)化的不斷深入，從全生命周期碳排放考慮，內(nèi)燃機(jī)也需要有多元化動(dòng)力系統(tǒng)的有效組合來滿足市場多樣化的出行需求。

本文將針對(duì)內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化燃燒、改善進(jìn)氣、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)能量管理、減磨技術(shù)等提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；從電氣化技術(shù)相結(jié)合的混合動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)步發(fā)展、智能化決策動(dòng)力系統(tǒng)匹配以及新型燃料多元化3個(gè)主要方面展開綜述分析。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的研究對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。

1 內(nèi)燃機(jī)熱效率提升技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)熱效率較大地影響著車輛的整體性能。為了更好地分析熱效率提升技術(shù)，圖1中綜述了能量損失和主要影響因素。主要通過進(jìn)氣效率、燃燒技術(shù)和停缸技術(shù)3個(gè)方面提升內(nèi)燃機(jī)熱效率，將影響因素的比例降低。

1.1 進(jìn)氣技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣技術(shù)作為影響內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排的源頭，從結(jié)構(gòu)、燃料形式、預(yù)測(cè)算法多個(gè)層面開展了研究。VVT(可變氣門正時(shí))和VVL(可變氣門升程)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)燃機(jī)上，但傳統(tǒng)技術(shù)無法滿足新的油耗和排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，平銀生等[2]引入了上汽集團(tuán)自主研發(fā)的兩級(jí)智能可變氣門升程(I-VVL)系統(tǒng)，提高了進(jìn)氣效率。周斌等[3]根據(jù)VVT系統(tǒng)中比例電磁閥開啟響應(yīng)特性的機(jī)理及規(guī)律,對(duì)現(xiàn)有的比例電磁閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，增壓技術(shù)可以有效彌補(bǔ)進(jìn)氣不足。冷卻的EGR(廢氣再循環(huán))可以減少部分泵氣導(dǎo)致的熱量損失，提高內(nèi)燃機(jī)熱效率，并可降低排放物中NOx含量。這些技術(shù)的實(shí)施依賴于進(jìn)氣流量的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，對(duì)控制進(jìn)排氣壓差和空燃比有比較重要的意義。徐東輝等[4]提出一種混沌時(shí)序BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確估計(jì)汽油機(jī)進(jìn)氣流量。

圖1 內(nèi)燃機(jī)熱損失及其影響因素Fig.1 Heat loss of an internal combustion engine and its influencing factors

1.2 燃燒技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)的燃燒理論與技術(shù)研究主要包括火花塞點(diǎn)火(SI)、壓燃(CI)、預(yù)混充量壓燃(PCCI)、反應(yīng)性控制壓燃(RCCI)、均質(zhì)壓燃(HCCI)等，其燃燒形式見圖2。內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒的好壞直接影響動(dòng)力輸出效率和污染物排放水平。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)越的燃油經(jīng)濟(jì)性。MORTEZA等[5]綜述了HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)逐循環(huán)燃燒控制的建模和控制器設(shè)計(jì)體系。不同燃料對(duì)HCCI的要求也不一樣。耿鶴鳴等[6]研究了正庚烷在HCCI燃燒過程中，當(dāng)量比與壓縮比對(duì)高溫/低溫階段反應(yīng)始點(diǎn)、2個(gè)過程損失效率比例及指示效率的影響。陳光輝等[7]針對(duì)自由活塞柴油直線發(fā)電機(jī) HCCI 燃燒過程，建立了耦合柴油化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的CFD模型。AN等[8]采用HCCI向部分預(yù)混燃燒(PPC)燃燒過渡的火焰指數(shù)方法，研究了低辛烷值燃料的缸內(nèi)燃燒。為了提高內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)稀薄燃燒的空燃比極限，蔡文遠(yuǎn)等[9]發(fā)現(xiàn)通過高能點(diǎn)火可以提高汽油機(jī)的燃燒速度，試驗(yàn)證明，比普通火花點(diǎn)火指示燃油消耗率更高，NOx原始排放更低。

圖2 內(nèi)燃機(jī)燃燒形式Fig.2 Combustion form of an internal combustion engine

1.3 停缸技術(shù)

內(nèi)燃機(jī)在城市循環(huán)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，大多數(shù)時(shí)候處于低負(fù)荷狀態(tài)，對(duì)動(dòng)力輸出的需求較低，節(jié)氣門開度較小，造成內(nèi)燃機(jī)功率損失較大。而停缸(CDA)技術(shù)可以使內(nèi)燃機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下停止部分汽缸工作，在保證相同的功率輸出條件下，達(dá)到節(jié)能減排的目的。實(shí)現(xiàn)CDA控制策略通常分為3類：停止部分氣缸供油(斷油)；將工作缸的廢氣引入到斷油氣缸中，氣門正常工作；同時(shí)實(shí)現(xiàn)停止氣缸供油和氣門運(yùn)動(dòng)。解方喜等[10]分析了氣缸停止時(shí)，氣門在壓縮上止點(diǎn)前30°CA關(guān)閉可使內(nèi)燃機(jī)獲得較佳的燃油經(jīng)濟(jì)性效果。邵強(qiáng)等[11]提出在發(fā)動(dòng)機(jī)停缸前的若干循環(huán)內(nèi)，預(yù)先對(duì)進(jìn)氣、噴油以及點(diǎn)火進(jìn)行提前調(diào)整，可以較好地抑制停缸模式切換過程產(chǎn)生的輸出扭矩波動(dòng)。魏子清等[12]提出一種基于斷油回流策略的內(nèi)燃機(jī)停缸模式，該模式可以使進(jìn)氣系統(tǒng)自由切換為新鮮混合氣供給或廢氣回流兩種形式，同時(shí)，電控單元給指定的氣缸斷油和點(diǎn)火。王凌峰等[13]通過試驗(yàn)驗(yàn)證第3種停缸策略燃油經(jīng)濟(jì)性比前2種效果更好。

傳統(tǒng)的停缸技術(shù)往往是機(jī)械執(zhí)行操作，沒有考慮駕駛性能、動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)以及NVH等，因此，停缸算法必須在減少排放目標(biāo)與駕駛性能之間取得平衡。CORNO等[14]提出了一種馬爾可夫鏈自學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)未來的燃油消耗，并在此基礎(chǔ)上確定了最佳的油缸配置。ZHAO等[15]提出了一種基于雙進(jìn)氣歧管的四缸SI發(fā)動(dòng)機(jī)CDA方法，在全缸模式下的燃油經(jīng)濟(jì)性也提高了0.68%～2.95%。錢國剛等[16]基于動(dòng)態(tài)跳躍點(diǎn)火(DSF)，使內(nèi)燃機(jī)的每一個(gè)氣缸都可以動(dòng)態(tài)地執(zhí)行停缸操作。在兼顧NVH的同時(shí)，其控制邏輯賦予了內(nèi)燃機(jī)更廣泛的停缸范圍，節(jié)能減排優(yōu)于傳統(tǒng)停缸技術(shù)。停缸技術(shù)在未來應(yīng)該結(jié)合車輛運(yùn)行工況和駕駛員的個(gè)性化行為研究控制策略。

2 內(nèi)燃機(jī)電氣化技術(shù)

近年來，隨著動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣化，內(nèi)燃機(jī)的形式、方向和性能發(fā)生較大的變化。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)在自身附件電氣化的基礎(chǔ)上與不同功率、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電機(jī)耦合，讓內(nèi)燃機(jī)更多地工作在低比油耗的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，見圖3。

圖3 內(nèi)燃機(jī)電氣化方向Fig.3 Electrification direction of an internal combustion engine

2.1內(nèi)燃機(jī)附件電氣化

隨著車輛電氣化程度的不斷加深，電子節(jié)溫器、可變排量油泵、電子水泵、智能發(fā)電機(jī)、集成化排氣歧管、電子節(jié)溫器等一系列附件實(shí)現(xiàn)電氣化以提高內(nèi)燃機(jī)控制精度。與此同時(shí)，傳統(tǒng)增壓器難以解決內(nèi)燃機(jī)全工況匹配問題，而電子增壓器能較大提高部分負(fù)荷時(shí)的廢氣再循環(huán)能力。GERADA等[17]根據(jù)電動(dòng)輔助渦輪增壓(EAT)及其電機(jī)選型的要求和挑戰(zhàn)，對(duì)多種電機(jī)進(jìn)行比對(duì)，得出感應(yīng)電機(jī)的適用性更強(qiáng)。還有研究通過將電機(jī)和傳統(tǒng)渦輪增壓器集成的機(jī)電復(fù)合增壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器運(yùn)行的部分解耦甚至完全解耦，從本質(zhì)上解決傳統(tǒng)渦輪增壓器難以全工況匹配的問題[18]。

除了內(nèi)燃機(jī)基本附件電氣化之外，48 V輕混系統(tǒng)是當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的研究熱點(diǎn)。48 V輕混系統(tǒng)研究更多的是關(guān)注逆變器設(shè)計(jì)、控制算法開發(fā)、能量管理策略和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方面。WEARING等[19]提出一種適用于雙離合變速器(DCT)的大功率(20～25 kW)48 V電機(jī)及其逆變器。SEONG等[20]提出了一種針對(duì)48 V輕混啟動(dòng)器-發(fā)電機(jī)(MHSG)逆變器電源模塊的改進(jìn)封裝設(shè)計(jì)。SHIN等[21]針對(duì)外界負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化提出了一種基于缸內(nèi)壓力的48 V MHSG控制策略。

2.2 插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)

插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)結(jié)合了傳統(tǒng)燃油車和純電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)，采用2種以上的能量驅(qū)動(dòng)。在PHEV工作過程中，重點(diǎn)研究如何獲取最優(yōu)的能量管理策略分配動(dòng)力系統(tǒng)能量流動(dòng)，合理利用內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)之間耦合優(yōu)勢(shì)，獲得整車最佳性能。現(xiàn)有能量管理策略算法主要包括基于規(guī)則、瞬時(shí)優(yōu)化和全局優(yōu)化。楊超等[22]提出一種煙花算法并結(jié)合車輛系統(tǒng)約束條件，對(duì)能量管理策略參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以滿足實(shí)時(shí)變化的城市路況下能耗最低。秦大同等[23]提出一種多模式邏輯規(guī)則能量管理策略，利用等效油耗和電池壽命衰減的多目標(biāo)改進(jìn)遺傳算法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化?；谝?guī)則的方法適應(yīng)性較差，控制效率相對(duì)不高。劉靈芝等[24]提出了一種最優(yōu) SOC 軌跡跟隨的自適應(yīng)等效燃油最小策略，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工況識(shí)別模型，改善燃油經(jīng)濟(jì)性并保證電池電量均衡。

傳統(tǒng)的能量管理重視控制策略。YANG等[25]結(jié)合大量實(shí)際行駛工況數(shù)據(jù)，提出一種基于快速滾動(dòng)優(yōu)化的PHEV隨機(jī)預(yù)測(cè)能量管理策略。在實(shí)際行駛工況下，與等效最小油耗相比，所提策略的燃油經(jīng)濟(jì)性提高了4.6%。XIE等[26]提出了一種新的集成模型預(yù)測(cè)控制方法，能夠規(guī)劃電池荷電狀態(tài)(SOC)和車輛速度軌跡，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛安全性。ZHANG等[27]提出一種多能源混合動(dòng)力汽車的綜合電源管理方案，通過對(duì)速度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)控制策略進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。優(yōu)化算法、智能交通系統(tǒng)(ITS)、智能電網(wǎng)、智慧城市和其他網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的發(fā)展必將為PHEV能量管理策略研究提供較大的動(dòng)力。

2.3 增程式電動(dòng)汽車(EREV)

增程式電動(dòng)汽車(EREV)與PHEV不同，EREV是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上加裝1臺(tái)小型內(nèi)燃機(jī)，并且與發(fā)電機(jī)串聯(lián)集成后共同組成增程器。EREV多了1個(gè)轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換本身要消耗能量，是與PHEV一樣的能量管理策略，是整車控制的核心，它直接影響到車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。張昕等[28]提出一種3工作點(diǎn)控制策略和基于轉(zhuǎn)速切換的功率跟隨控制策略，有效減小內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的頻繁波動(dòng)，同時(shí)顯著提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。席利賀等[29]提出了一種動(dòng)態(tài)規(guī)劃改進(jìn)能量管理優(yōu)化算法，利用最小二乘法對(duì)增程器功率分流比與驅(qū)動(dòng)電機(jī)需求功率的分布規(guī)律進(jìn)行擬合。這些研究大都是基于離線規(guī)則優(yōu)化，沒根據(jù)車輛狀態(tài)實(shí)時(shí)變化調(diào)整能量管理策略參數(shù)。YANG等[30]提出一種改進(jìn)的射擊算法，根據(jù)車輛的動(dòng)力配置參數(shù)確定等效因子的范圍，基于汽車導(dǎo)航和地理位置信息系統(tǒng)，定期更新等效因子，實(shí)現(xiàn)電池荷電狀態(tài)(SOC)的有效維護(hù)，從而獲得最優(yōu)的功率分配。與基于規(guī)則和功率跟隨控制策略進(jìn)行了比較，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性、實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性。

EREV各種儲(chǔ)能技術(shù)的研究也需要突破，如電池、超級(jí)電容(UC)、飛輪、燃料電池、太陽能和混合動(dòng)力電源(HPS)等。REN等[31]以超級(jí)電容和電池混合電源為研究對(duì)象，采用超級(jí)電容器串并切換技術(shù)來實(shí)現(xiàn)混合電源變電壓輸出，使電源轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比控制在一個(gè)高效的范圍內(nèi)。EREV常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配難以滿足車輛多種工況下的高效需求，能量利用率仍處于較低的水平。RIZOUG等[32]提出一種混合儲(chǔ)能系統(tǒng)新管理策略來處理嵌入式電源的大小，不僅可以延長電池壽命，而且可以實(shí)現(xiàn)成本的降低和電動(dòng)車輛性能的優(yōu)化。

3 內(nèi)燃機(jī)燃料多元化

隨著化石燃料的不斷減少、排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，燃料多元化是內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。天然氣、甲醇、乙醇、氫燃料等一系列可再生能源可以降低燃燒后CO2的排放和有毒氣體的產(chǎn)生。

3.1 天然氣燃料

天然氣作為汽車替代燃料之一，對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能優(yōu)化有較大的影響。天然氣內(nèi)燃機(jī)性能優(yōu)化需要考慮的參數(shù)主要包括壓縮比、燃油噴射正時(shí)和持續(xù)時(shí)間、貧化燃燒、燃油分層、點(diǎn)火正時(shí)及能量控制加入更多可燃燃料形成混合氣等。為研究預(yù)燃室式天然氣內(nèi)燃機(jī)燃燒和排放的影響。冷先銀等[33]發(fā)現(xiàn)在預(yù)燃室內(nèi)用10%的摻氫比對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能和排放較為有利。LI等[34]基于三維模型，結(jié)合雙燃料化學(xué)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，將部分預(yù)混燃燒模式應(yīng)用于直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。結(jié)果表明，在不降低熱效率的前提下，天然氣預(yù)噴比例、天然氣預(yù)噴時(shí)間和EGR配合，大幅降低煤煙和CO排放。YOUSEFI等[35]研究了恒定燃料總能量下天然氣能量分?jǐn)?shù)和柴油噴射正時(shí)對(duì)燃燒性能和排放的影響。

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)低，可能會(huì)產(chǎn)生更多的未燃燒燃料，導(dǎo)致較高的NOx排放。天然氣與其他燃料構(gòu)成的雙燃料內(nèi)燃機(jī)可以克服這些不足，所以，需要對(duì)噴射參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)和燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化研究。劉杰等[36]建立了柴油與天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合燃燒模型，用Pareto尋求內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)最優(yōu)解。SINGH等[37]提出了在節(jié)氣門全開下以固定和可變點(diǎn)火正時(shí)變化的各種汽油與天然氣比率優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)校準(zhǔn)，在更寬的運(yùn)行條件范圍內(nèi)改變汽油與天然氣比率。CHEN等[38]通過雙燃料內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)，添加醇類燃料(甲醇、乙醇和正丁醇)對(duì)天然氣內(nèi)燃機(jī)燃燒特性和性能的影響。除了內(nèi)燃機(jī)參數(shù)優(yōu)化外，還根據(jù)燃料特性設(shè)計(jì)新發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整和改造，以適應(yīng)單獨(dú)模式或雙燃料模式下壓縮天然氣的需求。因此，噴射正時(shí)可以隨著噴油器的設(shè)計(jì)而變化。

3.2 甲醇燃料

甲醇燃料不含硫，不排放顆粒物，可生物降解，其燃料安全性又高于汽油和柴油，制備過程綠色環(huán)保。其次，甲醇燃料來源廣泛，可以通過煤炭、天然氣、焦?fàn)t煤氣等來制備。盡管使用甲醇作為內(nèi)燃機(jī)燃料有諸多好處，但是仍存在許多技術(shù)難點(diǎn)亟待解決，比如車輛冷啟動(dòng)時(shí)，甲醇?xì)饣щy，混合氣燃料濃度低。付建勤等[39]用內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣余熱氣化甲醇，增壓后，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性較原汽油機(jī)和甲醇蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)都有較大提高。GONG等[40]模擬了5種全局當(dāng)量比和3種高壓縮比下的分層充氣直噴火花點(diǎn)火式甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣形成，燃燒和排放特性，以評(píng)估其超稀薄燃燒特性。甲醇燃料還常常和其他燃料混合，其中甲醇作為主燃料。研究中，可以將甲醇與汽油、柴油、乙醇、氫氣等2種或者多種混合氣以提高整車經(jīng)濟(jì)性。GONG等[41]采用氫氣噴嘴噴射-甲醇直噴燃料供給系統(tǒng)，研究了甲醇后噴策略下的動(dòng)力、燃燒和排放性能。

甲醇燃料作為內(nèi)燃機(jī)燃料也比較理想。GOOR等[42]提出一種低成本、新型的直接甲醇燃料電池(DMFC)，通過液體燃料快速充電，流場的優(yōu)化設(shè)計(jì)使流場在80 ℃下的最大功率密度為181 mW/cm2，最小空氣壓力為5.05 KPa。但是目前困擾DMFC應(yīng)用的重大難題主要有甲醇的滲透、質(zhì)量傳輸、催化劑的選取、水管理、熱管理以及耐久性等。鄧光榮等[43]利用建立的電池內(nèi)甲醇物料守恒和熱守恒方程，確定基于電量和溫度這2個(gè)參數(shù)的甲醇濃度控制策略。對(duì)于催化劑來說，研究者們熱衷于采用鉑基催化劑等貴金屬，因基于他們的催化效果明顯。為了在較好的動(dòng)力學(xué)條件下降低催化劑成本，非貴金屬催化劑研究是未來的方向。與DMFC操作溫度相關(guān)的挑戰(zhàn)是選擇甲醇濃度、電流密度、環(huán)境溫度、空氣濕度、電池取向、膜厚度、電池設(shè)計(jì)等，這些都影響電池性能。

3.3 其他可再生燃料

除了前面2種燃料之外，研究者們針對(duì)內(nèi)燃機(jī)還研究了許多可再生能源，如氫燃料、柴油、植物油等。目前的氫氣作為混合能源，可以進(jìn)一步提高壓縮比，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能。但氫氣制備和運(yùn)輸、供應(yīng)、儲(chǔ)存環(huán)節(jié)還存在較大的困難。使用廢棄植物油作為燃料對(duì)減少化石燃料的利用比較有效[44]。廢氣植物油直接用于能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以降低對(duì)柴油的依賴。

沼氣作為一種可再生燃料，近年來受到了廣泛的關(guān)注。研究表明，沼氣大規(guī)模應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是其成分具有不穩(wěn)定性，需要驗(yàn)證沼氣中多種成分的詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)和簡化化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型[45]。在內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中，在沼氣中加入一定比例的H2可以改善燃燒性能。雙燃料模式下的沼氣應(yīng)用是促進(jìn)沼氣高效利用的一個(gè)有力途徑。

乙醇因具有辛烷值高、抗爆性好、含氧量高、燃燒特性好等特點(diǎn)被考慮為替代能源。乙醇燃料作為生物能源，制備來源廣泛。陳亮等[46]通過工業(yè)釀酒過程中采用的酵母菌為發(fā)酵菌株，對(duì)玉米秸稈纖維素水解液進(jìn)行發(fā)酵制備乙醇，為大規(guī)模制備乙醇燃料提供有利條件。

4 結(jié)論

根據(jù)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)本身特點(diǎn)，結(jié)合電氣化、智能化和燃料多元化的必然趨勢(shì)作出全面系統(tǒng)的概述，并對(duì)未來的趨勢(shì)展望如下：

1)從內(nèi)燃機(jī)本身出發(fā)，結(jié)合不同的燃料改進(jìn)現(xiàn)有的進(jìn)氣手段，實(shí)現(xiàn)高效噴霧燃燒，運(yùn)用先進(jìn)算法控制燃燒過程，結(jié)合車輛運(yùn)行工況、駕駛員的個(gè)性化行為和道路工況研究停缸實(shí)時(shí)控制策略。

2)車輛電氣化和智能化是發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)內(nèi)燃機(jī)附件實(shí)現(xiàn)電氣化的同時(shí)，需進(jìn)一步研究混合動(dòng)力車輛能量管理策略，設(shè)計(jì)最優(yōu)化儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，結(jié)合智能交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人—車—路—環(huán)境協(xié)同感知預(yù)測(cè)，優(yōu)化車輛混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提升整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3)燃料多元化主要從幾種可再生能源出發(fā)，研究大規(guī)模制備工藝。