发动机稀燃技术

汽车发动机直喷稀燃技术应用分析摘要：随着车辆运输量的不断上升，每年都有着大批的新车辆投入应用，这样车辆的汽车发动机直喷稀燃技术就不断地需要更新，为了使得车辆的发动机直喷稀燃技术能够满足运输任务的需求，在对车辆进行安装和建造时，需要进一步的提高车辆的使用效率和质量。

本文通过对汽车发动机直喷稀燃技术的应用进行分析，以期为我国的车辆研究工艺带来一些参考帮助，为我国车辆汽车发动机直喷稀燃技术发展贡献出一份力量。

关键词：缸内直喷;稀薄燃烧;分层燃烧;高能点火;FSI前言汽车发动机直喷稀燃技术是一门综合性很强的技术，随着汽车发动机直喷稀燃技术在汽车机械生产的广泛应用，进一步使汽车生产企业的生产汽车的质量和使用效果得到了提高，大幅度的增加了企业综合竞争能力，但是由于中国在汽车生产制造方面的汽车发动机直喷稀燃技术研究措施起步与发达国家相比还比较晚，与国际水平还具有着相当的差距。

汽车发动机直喷稀燃技术的研究探讨与应用，是阻挡现今国内汽车制造业发展的主要问题。

1.汽车发动机直喷稀燃技术概念和在汽车制造中的应用价值分析1.1对汽车发动机直喷稀燃技术概念的分析及几种稀薄燃烧发动机装车实验结果FSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，其主要指的使燃油分层喷射，是直喷式汽油发动机领域的一项创新型的汽车发动机系统的革命性技术，FSI技术是指改变老式的汽油机通过从进气管中将空气与燃油混合的燃油供给系统的供油方式，而采用类似于柴油机供油原理一样的，通过喷油器直接往气缸内喷射汽油的供油方式，分层燃烧的主要目的是能够实现较稀混合气的点火燃烧，而缸内直喷设计的根本目的就是为了使得稀薄燃烧能够顺利进行，缸内直喷技术与稀燃技术存在着密不可分、相辅相成的关系[1]。

不仅如此，汽车发动机直喷稀燃技术指的是机械设备、点火设备以及软件进行合理的有机结合，通过车内软件和科学技术有效的实现汽车发动机的数控化的点火方式以及运行方式，进一步的提高汽车设备的智能性以及功能性水平。

汽油机稀薄燃烧控制技术李庆海【摘要】The vehicle gasoline engine rareness burning technology,can greatly improve the fuel economy of engine emission and improve performance,and has great potential of development,it is an inevitable trend in the development of internal combustion engine technology. The rareness burning technology based on the mixture stratified combustion, and on the basis of how to form in cylinders for mixture of concentration gradient distribution is the key to the rareness burning technology. This paper introduces the gasoline en- gine combustion mode,PFI thin combustion technology,GDI combustion technology and rareness burning gasoline engine control method.%车用汽油机采用稀薄燃烧技术，能大幅度地提高燃油的经济性并改善发动机排放性能，具有巨大的发展潜力，是内燃机技术发展的必然趋势。

稀薄燃烧技术建立在混合气分层燃烧的基础上，在气缸内如何形成适合的混合气浓度梯度分布是稀薄燃烧的关键技术。

介绍汽油机稀薄燃烧方式、PFI稀薄燃烧技术、GDI稀薄燃烧技术和汽油机稀薄燃烧控制方法。

柴油机稀燃NOx捕集技术技术背景：全球石油短缺问题是内燃机行业无法避免的，柴油机相比于汽油机具有较高的热效率，因而燃油经济性较好，增加汽车中柴油机的比例对于降低石油的消耗有很大的作用。

但柴油机在排放方面有一些无法避免的缺点，其NOx和微粒的排放，造成酸雨和雾霾问题日趋严重。

柴油机稀燃捕集技术对于减少NOx的排放有较好的效果，相比于SCR系统，系统简单且占用的空间小，适合轻型柴油车的安装和使用。

工作原理：柴油机稀燃NOx捕集技术（lean NOx trap,LNT）是利用发动机混合气浓度变化而进行周期性的吸附-催化还原的一种后处理技术。

LNT可以用燃料和未燃THC做还原剂，省却复杂的还原剂喷射装置。

其反应原理为在稀燃状态时（氧气多），尾气处于氧化气氛中，在铂的催化作用下，发动机中的NO 与O2反应生成NO2，并以硝酸盐的形式吸附在催化器表面，当发动机在浓燃条件下工作时，发动机排气中的HC 和CO 的含量增加，把硝酸盐分解释放出的NOx，在催化剂铑的作用下与CO，HC 和H2 反应生成N2，CO2和H2O，并使碱金属再生。

LNT通过交替循环进行捕集和还原两个工作阶段来降低排放。

捕集阶段是LNT在稀燃条件下吸附尾气中的NOx，还原阶段是LNT在富燃条件下将所吸附的NOx还原成无毒的N2。

优缺点：由于LNT的这些特点尤其是系统简单占用空间小，因此主要用于欧IV以上排放水平的轻型柴油车，以及尿素供应不便地区的重型柴油车。

但LNT有一些缺点，由于使用贵金属，因而成本高于SCR催化剂，而且要求柴油含硫量小于10ug/g。

需要多喷燃料进行还原反应，导致发动机油耗增加。

从图1可以看出SCR 在占用空间、硬件设施和成本上处于劣势，图2显示SCR 这一技术只在重量较大的车型上处于优势，比如货车。

LNT 系统的组成和化学反应机理LNT 的组成结构和三元催化器相似，由氧化铝(Al 2O 3)作载体，Pt 或Rh 作催化剂。

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α>1.05~1.15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。

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。

谈发动机稀薄燃烧技术作者：普忠正来源：《读写算·素质教育论坛》2016年第04期中图分类号：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Fuel Stratified Injection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。

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。

汽车稀燃技术稀燃技术释义：发动机“ 稀燃” 技术指通过一定的技术手段, 降低发动机混合气中的汽油含量, 以达到降低能耗和排气污染目的的技术。

采用稀燃技术的汽油发动机，空气与汽油之比（通常是质量比）可达25：1以上（正常情况下，理论空燃比为14.7）。

实现稀燃的关键技术汽车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：一、提高压缩比采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。

二、分层燃烧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。

通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。

浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。

为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

三、高能点火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。

以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有所偏重。

因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。

有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层燃烧。

有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能点火。