汽车尾气处理技术研究.doc

精品文档 密级： 学号： 自考本科生毕业（设计）论文汽车尾气处理技术研究 1欢迎下载。学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日1欢迎下载。摘 要 随着汽车社会拥有率的大幅增加，汽车尾气对大气造成的污染也日益加重。从全国来看汽车尾气污染分担率已经上升到了95%，年排放一氧化碳为3500万吨，碳氢化合物为500万吨，氮氧化合物为380万吨。我国定期发布空气质量周报的30个城市的资料显示，有相当一部分城市的空气呈现中度、重度污染。环保部门监测表明：大气中HC的96%，CO的86%，NO。的56%来自机动车排放，北京、上海、广州等10余个城市已经出现最为严重的光化学烟雾的先兆。 上海1993-1994年监测结果表明：主要交通路口和路段大气中的CO平均浓度超标率达27%，最大超标倍数为2.1倍，NO平均浓度超标率为85%，最高日均浓度超标倍数达9倍;其他城市主要交通道路上大气污染物超标现象亦很严重，有资料表明，这些区域的汽车尾气污染都很严重。而且，近年来随着我国汽车产销量的迅速增长，我国的汽车保有量越来越多，都集中在大城市，而且车况差，都集中在大城市，原油质量低，单车的排污往往高出国外同类车的几倍，因此汽车尾气已对我国城市空气质量造成巨大的威胁。汽车尾气处理刻不容缓，本文就汽车尾气成分进行分析，对国内外汽车尾气处理技术进行分析、比较，并且列举了尾气处理技术改进建议，希望可以给汽车研究个人或者团体给予帮助。关键词：汽车尾气处理：稀薄燃烧：三效催化剂：ABSTRACT With the increase of car ownership, the pollution caused by automobile exhaust is increasing. From the point of view of the whole nation, the pollution share rate has risen to 95%, the annual emissions of carbon monoxide is 35000000 tons, the hydrocarbon is 5000000 tons, and the nitrogen oxygen compound is 3800000 tons.Our country regularly publish air quality weekly data show that a considerable part of the citys air is moderate, severe pollution. Environmental protection department monitoring shows: 96% of the atmosphere, CO 86%, NO. 56%, Beijing, Shanghai, Guangzhou and other 10 cities have emerged as the most . Shanghai 1993-1994 annual monitoring results show that: the main traffic junctions and sections of the CO average concentration exceeded 2.1, the average concentration of NO exceeded 85%, the highest average daily concentration The standard multiple of 9 times; other cities in the main road on the air pollutants exceeded the phenomenon is also very serious, the data show that these areas of automobile exhaust pollution is very serious. And in recent years, with the rapid growth of Chinas automobile production and sales, our country automobile retain more and more, are concentrated in large cities, and poor condition, are concentrated in large cities with low quality crude oil and sewage of cycling are often higher than the similar foreign car several times, so the automobile tail gas has on Chinas urban air quality caused great threat. Automobile exhaust treatment without delay, the automobile exhaust gas composition analysis, to the domestic and foreign automobile exhaust processing technology analysis, comparison, and lists the exhaust treatment technology improvement suggestions, hoping to provide assistance to the automotive research individuals or groups.Key words: automobile tail gas treatment: lean burn: three effect catalyst:目 录第1章 绪 论11.1汽车尾气11.2汽车尾气主要成分及危害概述11.2.1 一氧化碳11.2.2 氮氧化物11.2.3 碳氢化合物11.2.4 硫氧化物21.2.5 挥发性有机物21.2.6 臭氧21.2.7 铅21.2.8 碳烟微粒3第2章 汽车尾气处理技术42.1我国汽车尾气排放标准42.1.1 第一阶段42.1.2 第二阶段42.1.3 第三阶段42.2机内尾气处理技术52.3机外尾气处理技术52.3.1 贵金属催化剂52.3.2 非贵金属催化剂62.4 其他尾气处理技术62.4.1 采用无铅汽油。62.4.2 掺入添加剂。62.4.3 选用恰当的润滑剂。72.4.4 采用绿色燃料。72.4.5 用多种燃料作为汽车燃料。72.4.6 节约能源。7第3章 汽车尾气处理技术发展趋势83.1车用汽油机机内净化技术83.1.1 采用电控发动机83.1.2 曲轴箱强制通风系统的设计83.1.3 废气再循环系统的设计83.1.4 蒸发排放控制系统的设计83.2 车用汽油机后处理净化83.2.1 三效催化剂83.2.2 热反应器93.2.3 空气喷射93.3稀薄燃烧技术93.3.1 GDI系统9 3.3.2 PFI系统103.3.3 HCCI系统11第4章 总结12参考文献13VV欢迎下载。第1章 绪 论1.1.汽车尾气汽车尾气主要是指柴油、汽油等机动车燃料因含有添加剂和杂质，在不完全燃烧时，所排出的一些有害物质。汽车尾气中有一部分毒性物质在燃料不完全燃烧或燃气温度较低时产生较多。尤其是在次序起动、喷油器喷雾不良、超负荷工作运行时，燃油不能很好地与氧化合燃烧。另一部分有毒物质，是由于燃烧室内的高温、高压而形成的。汽车尾气中含有上千种化学物质，除空气中的氮、氧和水蒸汽为无害成份外，其余均为有害成份。这些有害物质可分为气体和颗粒物两大类。气体包括：一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物、挥发性有机物和臭氧等。颗粒物包括：碳黑、焦油和重金属等。1.2 汽车尾气主要成分及危害概述1.2.1一氧化碳汽车发动机若进气不足或燃油喷射时间过长，使得气缸内燃油不能完全燃烧，则汽车尾气中将产生CO。CO与血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。CO经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，导致人体缺氧，危害中枢神经系统，造成人的感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，引起头晕、头痛、呕吐等中毒症。重者危害血液循环系统，导致生命危险。即使是微量吸入CO，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。交通高峰时段常常出现CO的污染峰值，汽车内浓度有时比车外更高。1.2.2氮氧化物氮氧化合物主要是指一氧化氮和二氧化氮，它是发动机大负荷工作时，在燃烧室高温富氧的环境中产生的一种褐色且有臭味的气体。氮氧化合物吸入肺部后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生强烈的刺激和伤害，以致引起肺部病变。当空气中氮氧化合物含量达1020ppm时，可刺激鼻粘膜、咽喂、气管、眼角膜等，引起呼吸道干涩不适，流泪及红眼病等病症;当氮氧化合物超过500ppm时，几分钟内就可使人出现肺气肿而死亡。在二氧化氮浓度为9.4mg/m3的空气中暴露10 min，即可造成人的呼吸系统功能失调。此外，氮氧化物还会导致酸雨和光化学烟雾污染，在水系中的沉降会造成富营养化。1.2.3碳氢化合物碳氢化合物是不完全燃烧的排放物，包括未燃和未完全燃烧的燃油和机油蒸汽，气态时是VOC，固态则为颗粒物。单独的碳氢化合物只有在浓度相当高的情况下，才对人体产生伤害，一般影响不大。但碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线照射下发生化学反应，形成光化学烟雾。当光化学烟雾中的化学氧化剂超过一定浓度时，即对人体产生较强刺激性，人体吸人后可明显感觉到呼吸系统不适，引起急性喘息症。1.2.4硫氧化物主要是指SO2，它是形成酸雨的主要成分，严重污染河流、湖泊等水系，殃及野生动植物的生存安全，破坏生态系统的自然酸碱平衡，并严重腐蚀建筑物。对人类会造成气管壁绷紧，使呼吸道疾病加重，患有心肺疾病和哮喘病的人尤其敏感。汽车尾气中SO2主要来源于柴油车的排放。1.2.5挥发性有机物 包括多环芳烃(PAH)、苯系物、烯烃等，是光化学烟雾形成的前体物。苯已被证明是致癌物质，WHO(世界卫生组织)认为即使微量的苯，对人体健康也是有害的。除尾气排放外，汽车燃油箱和加油过程中也会排放挥发性有机物。1.2.6臭氧光化学烟雾主要的生成物是臭氧，具有强氧化性，可使空气能见度降低，橡胶制品开裂损坏，植物受害。臭氧刺激呼吸系统的黏膜，导致咳嗽、呼吸困难，削弱肺功能，对室外锻炼的人特别有害。臭氧还引起一些常见症状，如头疼、眼鼻喉刺痒、深呼吸时胸部不适等。臭氧会增加人对过敏源如花粉的敏感性，也降低人体对细菌和病毒的抵抗力，如易引起感冒、肺炎等。1.2.7铅铅是有毒的重金属元素，为了改善燃油的抗爆性，人们在汽油中添加含铅物质四乙基铅或甲基铅，导致汽车尾气排放时产生含铅化合物。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。铅化合物以颗粒状排人大气中，是污染大气的有害物质。人体长期吸入含铅颗粒浓度较高的空气后，铅会逐渐在体内积累。当达到一定程度时，铅阻碍血液中红血球的生长，致使人体正常造血功能降低，血液、心肺器官等发生病变。而铅对脑细胞和中枢神经的损害更是不可逆转的，铅侵入人体大脑时会引起头疼、精神恍惚，严重时甚至会出现昏迷、惊厥等铅中毒症状。由于铅尘比重大，通常积聚在1m左右高度的空气中，因此对儿童的威胁最大，直接影响儿童的智力发育。1.2.8碳烟微粒指柴油发动机燃烧不完全所排出的黑色烟雾状的炭烟颗粒。炭烟微粒能影响大气、道路的能见度，并含有少量带有特殊臭味的乙醛，吸入后使人感到恶心和头晕。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道也有较大伤害。固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便会激发形成恶性肿瘤。此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺.引起皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成角膜损伤。第2章 汽车尾气处理技术2.1我国汽车尾气排放标准与国外先进国家相比而言，我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低，根据我国的国情出发，从八十年代初期伊始采取先易后难分阶段实施的具体方案，具体实施至今主要分为三个阶段。2.1.1第一阶段1983年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，这一批标准的制定和实施，标志着我国汽车尾气法规从无到有，并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路，在这批标准中，包括了汽油车怠速污染排放标准、柴油车自由加速烟度排放标准、汽车柴油机全负荷烟度排放标准三个限值标准和汽油车怠速污染物测量方法、柴油车自由加速烟度测量方法、汽车柴油机全负荷烟度测量方法三个测量方法标准。 2.1.2第二阶段 在1983年我国颁布第一批机动车尾气污染控制排放标准的基础上，我国在1989年至1993年又相继颁布了轻型汽车排气污染物排放标准、车用汽油机排气污染物排放标准二个限值标准和轻型汽车排气污染物测量方法、车用汽油机排气污染物测量方法二个工况法测量方法标准，至此，我国已形成了一套较为完态的汽车尾气排放标准体系;值得一提的是，我国93年颁布的轻型汽车排气污染物测量方法采用了ECER15-04的测量方法，而测量限值轻型汽车排气污染物排放标准则采用了ECER15-03限值标准，该限值标准只相当于欧洲七十年代来的水平(欧洲在1979年实施ECER15-03标准)。2.1.3第三阶段以北京市DB11/105-1998轻型汽车排气污染物排放标准的出台和实施，拉开了我国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲，从1999年起北京实施DB11/105-1998地方法规，2000年起全国实施GB14961-1999汽车排放污染物限值及测试方法(等效于91/441/1EEC标准)，同时压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法也制订出台;与此同时，北京、上海、福建等省市还参照ISO3929中双怠速排放测量方法分别制订了汽油车双怠速污染物排放标准地方法规，这一条例标准的制订和出台，使我国汽车尾气排放标准达到国外九十年代初的水平。 2.2机内尾气处理技术 机内治理技术是通过对发动机的调整和改造，改善燃烧过程，以防止或减少有害污染物在机内生成。机内净化的主要方式是改进发动机的燃烧方法，即利用所谓稀薄燃烧方式来接近理想燃烧方式，以在较好的条件下使混合气体燃烧，减少污染物的发生量。由于一氧化碳的生成主要取决于空燃比，氮氧化物的生成主要取决于燃气的最高温度、在高温下停留时间和燃气中的含氧量，根据他们生成的特点，科学家有针对性地进行了治理技术研究。其措施有：一是改进燃烧室结构，如采用复合涡流控制燃烧，MCA-JET三门发动机;二是改进点火系统，如在化油器上设置断油装置和稀混合气供给装置，采用延迟点火装置和晶体管点火装置等。 目前国外已运用的机内净化方法有：延迟点火法、废气再循环装置(EGR)、控制燃烧装置(CCS)、清洁空气装置(CAP)、电子控制汽油喷射系统装置等，都能有效的降低一氧化碳、碳氢化合物的排放量，抑制氮氧化物的生成。2.3机外尾气处理技术机内净化能减少有害气体的生成，但不能除去已生成的有害气体。通常人们更关注的是机外净化。催化净化是目前研究与应用最多的机外净化方式。70 年代以来，许多国家都进行了汽车尾气净化催化剂的研究。目前已投入使用的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂两种。2.3.1贵金属催化剂1978年美国某公司首先推出了同时有效地处理汽车尾气中的CO、HC和NO三种气体的贵金属三效催化剂TWC。80年代中期，TWC的制备和应用已趋成熟，它以蜂窝状堇青石为第一载体，以-Al2O3为第二载体，Pt、Pd和Rh为活性组分，Ce、La等稀土元素作为助剂。贵金属催化剂TWC具有机械强度高，比表面积大，气阻小和活性高等优点，在105r/h的高速和300650条件下对3种污染物的转化率均高于80%，且行车10104km无明显失活，但它也有自身的不足。首先，它的转化率受空燃比(A/F)影响较大。只有在发动机A/F达14.6的条件下操作时，催化剂对HC、CO及NO的净化才可同时达到最佳值。因此，2等发达国家的汽车排气管中普遍安装了具有氧探头的燃料喷射电子控制系统，以控制A/F比在理想的状态。其次，Pt、Rh、Pd等贵金属价格昂贵，资源有限，且抗SO2和Pb中毒性能差，限制了它的普遍使用。因此，国内外科研工作者开始致力于非贵金属催化剂方面的探索。2.3.2非贵金属催化剂近年来，过渡金属和稀土元素的氧化物型和复合氧化物型催化剂一直受到人们的重视。已有一些过渡金属氧化物型、钙钛矿型的催化剂研制成功并投入使用。对于稀土资源丰富的我国来说，开发非贵金属催化剂具有广阔的前景。 谭宇新等以稀土元素La、Ce 和过渡元素Cu、Ca、Mn 为主添加少量Pd作为活性组分，研制出La-Co-Cu-Mn-Ce-Pd等稀土催化剂具有高活性，高热稳定性和和低起燃温度，操作弹性好等特点。 有的研究者以Fe2O3为载体，经高温焙烧制成一种新型复合金属氧化物催化剂，WCX-1(Re-Ni-Co-Cu-Ox/Fe2O3)，该催化剂具有较好的高温活性及很强的抗SO2中毒和抗积炭性能。2.4 其他尾气处理技术2.4.1采用无铅汽油。首先应抓汽车油的改用。以无铅汽油代替四乙基铅汽油。这种汽油是用甲荃树丁醚作渗合剂，它不仅不铅，而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物均会减少。目前，我国为了减少汽车尾气排放量，改善城区大气环境质量，国家规定从1999年7月1日起在全国范围内根本上使用含铅汽油。2000年7月1日起，市场根本上出售有铅汽油。因有铅汽油中，它加入了一种抗爆剂四乙基铅，它具有很高的挥发性，甚至在0摄氏度时就开始挥发，而挥发出的铅粉末，以蒸气及烟的动工存在空气中。但铅的污染程度与交通密度（每小时通过的车辆数）以及汽油中铅的含量有密切关系。虽然我国城市的交通密度比发达国家的密度低，但有铅汽油燃烧带来的铅的污染程度不可忽视。因铅是一种蓄积毒物，它通过人的呼吸、饮水、食物等途径进入人体。对人体的毒性作用是侵蚀造血系统、神经系统以及贤脏等。诸如对血管系统、生殖系统以及癌致畸等毒性作用也可能发生。2.4.2掺入添加剂。汽油中掺入15%以下的甲醇燃料，或者采用含10%水份的水汽油燃料，都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料。当甲醇占比例30%40%，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。2.4.3选用恰当的润滑剂。在机油中添加一定量（比例为3%5%）石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃油5%左右。市面上添加剂品种多样，纳米技术制备的添加剂很多，效果也是良莠不齐，慎重选择。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。2.4.4采用绿色燃料。据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获得“大豆柴油”。用“大豆柴油”，以37的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车之用。它可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。故誉作绿色燃料。2.4.5用多种燃料作为汽车燃料。随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，确保环境保护法规的实施和节能措施：汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压缩的天然气体、太阳能以及生态燃料的蓄电池等等。然而在这种汽车上装上电脑，不断在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳性能。采用计算机控制点火系统，以便对发动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳燃料经济性和发动机动力性能，可减少尾气对大气的污染。2.4.6节约能源。根据有关专家指出，开发乙醇代替汽油，即节约能源，又可消化陈粮，使汽车排出的有害汽体减少，是一项有利于保护环境和资源的新课题。第3章 汽车尾气处理技术发展趋势3.1车用汽油机机内净化技术 所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。简单说就是降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。3.1.1采用电控发动机 发动机电子控制系统是根据相应传感器的信号由汽车电脑精确的控制喷油和点火，使发动机处于最佳状态下工作，不仅使汽车的动力性得到了提高，从而也大大提高了汽车的排放性。3.1.2曲轴箱强制通风系统的设计 把从汽缸窜人曲轴箱的汽油与空气的混合气通过该系统再循环进人进气歧管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排人大气所造成的污染。3.1.3废气再循环系统的设计 发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，将部分的废气引人进气歧管，和新鲜的混合气一起进人汽缸，降低了燃烧室的最高温度，从而降低氮氧化物的排放量。利用废气再循环降低NOX的排放，需要与电子控制结合，根据汽油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对废气再循环率随机进行控制，保证在对汽油机性能影响不大的条件下，降低NOX的排放。3.1.4蒸发排放控制系统的设计 燃油箱中的燃油随时都在蒸发汽化，当发动机停机时，燃油蒸汽将逸人大气，造成对环境的污染，蒸发排放控制系统就是将燃油箱中的燃油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送人汽缸烧掉，可大大减少污染物的排放。3.2 车用汽油机后处理净化3.2.1三效催化剂三效催化剂是全世界普遍采用的汽油机排放控制后处理产品。在理论当量空燃比下，该产品可同时去除汽油车尾气中CO、HC和Nox。其进一步的发展趋势是降低贵金属用量，在高性能稀土储氧材、耐高温高比表面材料、贵金属及助剂的负载和耐久性涂层的制备等技术上取得突破性进展。快速有效地处理冷起动阶段的污染物是欧以后汽油车催化剂发展的主要方向。冷起动过程HC处理技术分为两类：一类是加速催化转化器活化，主要措施有推迟发动机点火、采用双层排气管、使用“薄壁式”催化剂载体、使用紧耦合氧化催化剂（COC）、使用电加热催化器（EHC）、使用燃油加热催化剂（EGC）、歧管催化剂等；另一类是在三效催化转化器前置HC吸附器，目前HC从吸附层脱离起始温度要比催化层的活性温度低，脱离初期对HC净化有一定困难，有待于今后通过材质改良、结构及温升特性的改进来进一步提高其净化性能。 3.2.2热反应器 汽油机工作过程中的不完全燃烧产物CO和HC在排气过程中可以继续氧化，但必须有足够的空气和温度以保证其高的氧化速率，热反应器为此提供必要的温度条件。在排气道出口处安装用耐热材料制造的热反应器，使尾气中未燃的碳氢化合物和一氧化碳在热反应器中保持高温并停留一段时间，使之得到充分氧化从而降低其排放量。3.2.3空气喷射空气喷射就是将新鲜空气喷射到排气门的后面，使尾气中的HC化合物和CO在排气管内与空气混合，继续进行氧化的方法，又称二次空气法。当喷射的新鲜空气与尾气结合时，空气中的氧和HC化合物反应生成水，并成蒸汽状；而氧和CO反应生成CO2。3.3稀薄燃烧技术为了降低温室气体的排放，汽油机下一个发展趋势是稀薄燃烧汽油机的研发，而稀薄燃烧的最大难题是汽车排气污染后处理问题，也就是富氧条件下（稀燃）的NO净化问题。主要处理技术有两种：一是选择催化还原，由于选择还原催化剂在富氧条件下处理的NO时，催化转化率较低、耐水及热稳定性差，应用受到限制；二是吸附还原催化剂，吸附还原催化转化剂在较宽的温度范围内具有高的NO净化率（大于80），不过对燃油中的含硫量要求较高。综合国内外的情况可以看出，只有稀燃NO催化剂取得突破性进展并满足严格的排放法规后，稀燃汽油机才能得到推广应用。3.3.1 GDI系统缸内直喷技术（GDI）是燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸，而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用。这种冷却作用降低了发动机对辛烷的需要，所以其压缩比可以有所增加。而且正如柴油一样，采用较高的压缩比可以提高燃料的效率。采用GDI技术的另一个优点是它能够加快油气混合气体的燃烧速度，这使得GDI发动机和传统的化油器喷射发动机相比，可以很好地适应废气再循环工艺。中小负荷时，在压缩行程后期开始喷油，通过与燃烧系统的合理配合，在火花塞附近形成较浓的可燃混合气，在远离火花塞的区域，形成稀薄分层混合气;大负荷及全负荷时，在早期进气行程中将燃油喷入气缸，使燃油有足够时间与空气混合，形成完全的均质化学计量比进行燃烧。另外，也有采用分段喷油技术分层混合气，即在进气早期开始喷油，使燃油在气缸中均匀分布，在进气后期再次喷油，最终在火花塞附近形成较浓的可燃混合气，这种将一个循环中的喷油量分两次喷入气缸可以很好的实现混合气的分层。 进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。 大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。 本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTECi2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。3.3.2 PFI系统 进气道喷射稀燃系统（PFI）普通汽油机工作时保证可靠点火所对应的空燃比为10:220:1，与此相比，稀燃汽油机的空燃比要大得多。为了保证可靠点火，点燃式稀燃汽油机在点火瞬间火花塞周围必须形成易于点燃的空燃比为12:113.5:1的混合气。这就要求混合气在气缸内非均质分布。而要实现混合气的非均质分布，必须使混合气在气缸内分层。混合气分层主要依靠气流的运动结合适时的喷油实现。使缸内产生强烈的涡流运动。在进气冲程初期，随着活塞向下运动，缸内形成较强的涡流。通过控制喷油时刻使喷油器在进气后期喷油，进入气缸的燃油大部分就保持在气缸的上部，气缸内的强涡流起到维持混合气分层的作用，气缸内将形成上浓下稀的分层效果，火花塞周围有较浓的混合气。这样形成的涡流在压缩后期虽然随着活塞的上行逐渐衰减，但涡流的分层效果仍可大体一直保持到压缩上止点，有利于点火燃烧。滚流分层多用于进气道对称布置的多气门发动机，当进气门升程较小时，进气流在缸内的流动紊乱，有规律的流动不明显。此时存在两个旋转轴相互平行而垂直于气缸轴线的涡团，一个在进气门下方靠近进气道一侧，另一个在进气道对侧，大致位于排气门下方，此为非滚流期。当气门升程加大时，位于进气道对侧的涡团突然加强，进而占据整个燃烧室，与此同时另一个涡团逐渐消失，此为滚流产生期。随着气门升程的加大和活塞下移，滚流不断加强。在进气行程下止点附近滚流达到最强，此为滚流发展期。3.3.3 HCCI系统HCCI意即均质充气压缩点燃。早在20世纪30年代,人们就认识到在汽油机上存在均质混合气压缩自燃的燃烧方式,HCCI燃烧方式的出现,有效地解决了传统均质稀薄点燃燃烧速度慢的缺点,是有别于传统汽油机的均质点燃预混燃烧、柴油机的非均质压缩扩散燃烧和GDI发动机的分层稀薄燃烧的第四种燃烧方式，HCCI发动机利用的是均质混合气,通过提高压缩比,采用废气再循环、进气加温和增压等手段,提高气缸内混合气的温度和压力,促使混合气进行压缩自燃,在气缸内形成多点火核,有效维持了着火的稳定性,并减少了火焰传播的距离。在HCCI技术的研发上，奔驰和GM走在了前列，以奔驰的07年的F700概念车为例，其DiseOtto1.8T直4CGI直喷发动机在采用HCCI技术后（如图5-5），输出功率达到238hp，最大扭矩达到400Nm，完全就是一台3.5LV6的水平，难得的是它的油耗