发动机稀燃技术

发动机稀燃技术稀燃是稀薄燃烧的简称，指发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，空燃比可达25:1，甚至更高。稀薄燃烧不仅使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气损失，同时辅以相应的排放控制措施，大大降低了汽油机的有害排放物，因此具有良好的经济性和排放性能。稀薄燃烧可以提高发动机燃料经济性的主要原因是，由于稀混合气中的汽油分子有更多的机会与空气中氧分子接触，燃烧完全。采用稀混合气，由于气缸内压力低、温度低，不易发生爆燃，则可以提高热效率。燃用稀混合气，由于其燃烧后最高温度降低，一方面使通过汽缸壁的传热损失较小，另一方面燃烧产物的离解损失减少，使热效率得以提高。且当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善非常有利。另外，稀薄燃烧时燃烧室内的主要成分O2和N2的比热容较小，多变指数K较高，因为发动机的热效率高，燃油经济性好。从理论上讲，混合气越稀，热效率越高。但就普通发动机来说，当过量空气系数1.051.15后，油耗反而增加。这是由于混合气过稀时，发动机混合气分配的均匀性变得更加敏感，循环变动率增加，个别缸失火的概率增加；等等，如果不解决这些问题，盲目地调稀混合气，不但不能发挥稀混合气理论上的优势，反而会费油。1、燃用混合气的技术途径1）使汽油充分雾化，对均质燃烧要保证混合气均匀及各缸混合气分配均匀。消除局部区域混合气偏稀的现象，避免电喷发动机调整时的有意加浓；同时，使缸内混合气的实际含量有所增加，失火及不稳定现象就会大大减少，发动机便可以在较稀混合气含量的条件下工作。要是汽油充分雾化，可以在预热、增加进气流的速度、增强进气流的扰动、增加汽油的乳化度以及使汽油分子磁化等方面采取措施。2）采用结构紧凑的燃烧室。使压缩时形成挤流，以提高燃烧速度，从而提高燃烧效率，减少热损失。一般采用火花塞放在正中的半球形或蓬顶形燃烧室，或其他紧凑型的燃烧室。3）加快燃烧速度。这是稀燃技术的必要条件和实施的基础。提高燃烧速度的主要措施是组织缸内的气体运动和调高压缩比。4）提高点火能量，延长点火的持续时间。对于常规含量的混合气而言，普通点火系所提供的点火能量已经足够，但燃用稀混合气就应当设法提高点火能量。高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度提高，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多级火花塞装置来达到上述目的。5）采用分层燃烧技术。如果稀燃技术的混合比达到25:1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。如果在火花塞附近的局部区域内供给适宜点火的浓混合气，而在其他区域供给相当稀的混合气，也可以实现稀混合气燃烧。在这种情况下，即使采用普通点火器，也能很快地点燃很稀的混合气，于是火焰得以传播并遍及整个燃烧室。把采用上述方式工作的汽油机成为分层充气汽油机或分层燃烧汽油机。分层充气是稀混合气燃烧的主要手段，绝大多数稀燃发动机都是采用分层充气方案。2、分层燃烧系统分层燃烧系统基本均采用燃油喷射技术。按照燃油喷射的不同形式，将分层稀燃系统分为气道喷射（PFI）稀燃系统和直接喷射（GDI）稀燃系统；按照混合气的不同组织方式，将分层稀燃系统分为轴向分层稀燃系统和纵向（滚流）分层稀燃系统。稀燃汽油机一般可分为进气道燃油喷射式和缸内燃油喷射式两类。一般情况下,将进气道燃油喷射式汽油机称为稀燃汽油机将缸内燃油喷射式汽油机称为直喷式汽油机。3、稀燃技术的发展20世纪70年代初有人开始研究稀燃技术。日本的丰田及本田公司首先探索了一种带副燃烧室,由稀混合气,用催化剂净化排气的发动机。但这种燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失,对改善燃油经济性的效果不明显。自此以后,随着进气口的改进,气缸内旋涡生成技术的进步,由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后研制成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧,并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发,精密控制空燃比已成为可能。80年代中期,丰田正式使稀混合气发动机(T-LCS)产品化,三菱、本田也相继将其产品产品化。进入90年代,三菱汽车公司研制出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。早期的稀燃系统如丰田TGP燃烧系统、本田分层燃烧系统CVCC等结构较为复杂影响因素多,难控制,不易在所有工况下都获得较好的性能,所以虽有不错的试验结果却很难应用于