谈发动机稀薄燃烧技术

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1、谈发动机稀薄燃烧技术　　中图分类号：G718.1文献标识码：A文章编号：1002-7661（2016）04-0114-02　　稀薄燃烧是提高燃油经济性的重要手段，发动机稀薄燃烧技术是为了让混合气得到更加充分的燃烧，达到减低油耗和排放的目的。稀薄燃烧应用于汽油机缸内直接喷射技术，因此，要实现分层燃烧必须基于缸内直喷。近些年来，对以分层稀薄燃烧缸内直喷汽油机为代表的新型稀薄燃烧模式的研究和应用极大地提高了汽油机的燃油经济性。　　一、稀薄燃烧的概述　　稀薄燃烧FSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，意指燃油分层喷射。　　什么叫稀燃？顾名思义就是发动

2、机混合气中的汽油含量低，空燃比可达30～40∶1。　　理论上，一份汽油完全燃烧需14.7份空气。即理论空燃比为14.7。一般发动机只有在中等负荷时以稍稀的经济混合气，空燃比在16～18∶1范围内运转，完全混合时，40∶1的混合气是无法点燃的。4　　稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃条件下困难，爆燃也就更不容易发生。因此，可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。　　二、稀薄燃烧发动机的特点　

3、　1.缸内直喷　　实现分层燃烧的前提是缸内直喷（又叫GDI），喷油器安装在汽缸盖上，将汽油直接喷入气缸。且喷油压力可达5Mpa（缸外喷射方式汽油的喷油压力0.1～0.5Mpa），这归功于一个高压油泵的作用。　　与传统汽油机不同，缸内直喷发动机类似柴油机高压共轨系统，汽油泵从油箱吸出燃油，经过高压泵加压，存在高压分配管（共轨），再送至各缸喷油器。喷油器接收ECU信号将高压汽油喷入气缸，如图1所示。　　（图1）　　2.涡流的形成和分层燃烧　　涡流的形成的实现分层燃烧的关键。整个工作过程中，涡流包括三种：进气涡流、压缩涡流和燃烧涡流。如图2所示：　　（图2）　　进气涡流的形

4、成是将传统的水平进气道改为竖直进气道，竖直向下冲入的空气通过凹形活塞表面的引导形涡流。在压缩行程，该涡流得到加强，加快了速度，压缩行程接近终了时（上止点前60?白笥遥┡缬推鹘哐蛊团缛肫祝纬捎臀恚ㄓ捎谂缬推髋缈诘亩捞厣杓疲绯龅挠臀硎切模谛鞯拇拢纬上“ǖ幕旌掀鸹ㄈ芪强傻闳嫉呐?混合?T谏现沟闱？0?白笥遥鸹ㄈ穑闳蓟旌掀鹧娲サ耐保蛭讶疾糠直戎乇湫。慈徊糠直戎叵喽源螅讨欣胄牧Υ螅秸呓换ヒ贫佣迪址植闳忌铡H缤？所示：　　（图3）4　　这样的燃烧方式可在做功行程相对长时间保持等压（可达做功行程的），发动机输出的扭矩曲线相对平缓，适应道路能力强。　　由于不是均质混合，且燃油在压缩接

5、近终了时才喷入气缸，没有产生爆燃的条件，不易发生爆燃，所以可将压缩比提高至12：1左右（传统汽油机压缩比在6～10：1）。提高了发动机输出的功率和扭矩。　　3.高能点火　　传统点火电压在10-15kv，高能点火次级线圈电压能达到20kv以上。高能点火和宽间隙火花塞（间隙在1-1.2mm）有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。　　4.进气增压系统　　FSI发动机都采用了进气增压系统，使得进气量更充分，燃烧更完全，排放污染更小。一般采用双增压结构：废气涡轮增压和机械增压。　　废气涡轮增压结构

6、和柴油机的一样，靠快速排出的高流速废弃冲击涡轮机，涡轮机带动压气机在进气端吸气压缩，提高空气密度，以增大进气量。但由于低速时，废气流速低，能量小，增压作用不明显，所以并联加装机械式增压泵。　　在发动机转速偏低时（低于1500r/min），ECU通过控制电磁离合器，使机械泵在发动机的带动下泵气，增大进气量。　　5.空燃比反馈控制4　　传统氧传感器信号范围窄，响应能力差，在混合气极浓和极稀时，不能进行反馈控制。而FSI发动机在大小工况时的总体混合气浓度都小（都大于14.7），所以不能用传统氧传感器，采用的是二氧化钛氧传感器或宽带氧传感器（也叫空燃比传感器）。这两种氧传感器

7、信号电压大，响应范围宽，在混合气较稀时也能进行很好的反馈控制。　　6.不同工况不同的喷射方式　　中小负荷时，以经济性为主，在压缩行程后期开始喷油，实现分层燃烧；大负荷及全负荷时，为了动力性，采用分段喷射：在早期进气行程中将少量燃油喷入气缸，再在压缩行程接近终了时喷射一次，最终在火花塞附近形成较浓的可燃混和气，以提高发动机的功率。　　（责任编辑陈利）4