普忠正

中圖分類號(hào)：G718.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）04-0114-02

稀薄燃燒是提高燃油經(jīng)濟(jì)性的重要手段，發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù)是為了讓混合氣得到更加充分的燃燒，達(dá)到減低油耗和排放的目的。稀薄燃燒應(yīng)用于汽油機(jī)缸內(nèi)直接噴射技術(shù)，因此，要實(shí)現(xiàn)分層燃燒必須基于缸內(nèi)直噴。近些年來(lái)，對(duì)以分層稀薄燃燒缸內(nèi)直噴汽油機(jī)為代表的新型稀薄燃燒模式的研究和應(yīng)用極大地提高了汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

一、稀薄燃燒的概述

稀薄燃燒FSI是Fuel Stratified Injection的英文縮寫，意指燃油分層噴射。

什么叫稀燃？顧名思義就是發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣中的汽油含量低，空燃比可達(dá)30～40∶1。

理論上，一份汽油完全燃燒需14.7份空氣。即理論空燃比為14.7。一般發(fā)動(dòng)機(jī)只有在中等負(fù)荷時(shí)以稍稀的經(jīng)濟(jì)混合氣，空燃比在16～18∶1范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，完全混合時(shí)，40∶1的混合氣是無(wú)法點(diǎn)燃的。

稀薄燃燒技術(shù)的最大特點(diǎn)就是燃燒效率高，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，同時(shí)還可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。因?yàn)樵谙”∪紵臈l件下，由于混合氣點(diǎn)火比理論空燃條件下困難，爆燃也就更不容易發(fā)生。因此，可以采用較高的壓縮比設(shè)計(jì)提高熱能轉(zhuǎn)換效率，再加上汽油能在過(guò)量的空氣里充分燃燒，所以在這些條件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。

二、稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

1.缸內(nèi)直噴

實(shí)現(xiàn)分層燃燒的前提是缸內(nèi)直噴（又叫GDI），噴油器安裝在汽缸蓋上，將汽油直接噴入氣缸。且噴油壓力可達(dá)5Mpa（缸外噴射方式汽油的噴油壓力0.1～ 0.5Mpa），這歸功于一個(gè)高壓油泵的作用。

與傳統(tǒng)汽油機(jī)不同，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)類似柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)，汽油泵從油箱吸出燃油，經(jīng)過(guò)高壓泵加壓，存在高壓分配管（共軌），再送至各缸噴油器。噴油器接收ECU信號(hào)將高壓汽油噴入氣缸，如圖1所示。

（圖1）

2.渦流的形成和分層燃燒

渦流的形成的實(shí)現(xiàn)分層燃燒的關(guān)鍵。整個(gè)工作過(guò)程中，渦流包括三種：進(jìn)氣渦流、壓縮渦流和燃燒渦流。如圖2所示：

（圖2）

進(jìn)氣渦流的形成是將傳統(tǒng)的水平進(jìn)氣道改為豎直進(jìn)氣道，豎直向下沖入的空氣通過(guò)凹形活塞表面的引導(dǎo)形渦流。在壓縮行程，該渦流得到加強(qiáng)，加快了速度，壓縮行程接近終了時(shí)（上止點(diǎn)前60白笥遙┡纈推鶻哐蠱團(tuán)縟肫祝緯捎臀恚ㄓ捎諗纈推髖緲詰畝撈厴杓疲緋齙撓臀硎切模諦韉拇攏緯上“ǖ幕旌掀鴰ㄈ芪強(qiáng)傻閎嫉吶ɑ旌掀T諫現(xiàn)溝闈？0白笥遙鴰ㄈ穡閎薊旌掀鷓媧サ耐保蛭訝疾糠直戎乇湫。慈徊糠直戎叵嘍源螅討欣胄牧Υ螅秸囈換ヒ貧傭迪址植閎忌鍘H繽？所示：

（圖3）

這樣的燃燒方式可在做功行程相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間保持等壓（可達(dá)做功行程的），發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩曲線相對(duì)平緩，適應(yīng)道路能力強(qiáng)。

由于不是均質(zhì)混合，且燃油在壓縮接近終了時(shí)才噴入氣缸，沒(méi)有產(chǎn)生爆燃的條件，不易發(fā)生爆燃，所以可將壓縮比提高至12：1左右（傳統(tǒng)汽油機(jī)壓縮比在6～10：1）。提高了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率和扭矩。

3.高能點(diǎn)火

傳統(tǒng)點(diǎn)火電壓在10-15kv，高能點(diǎn)火次級(jí)線圈電壓能達(dá)到20kv以上。高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞（間隙在1-1.2mm）有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來(lái)達(dá)到上述目的。

4.進(jìn)氣增壓系統(tǒng)

FSI發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了進(jìn)氣增壓系統(tǒng)，使得進(jìn)氣量更充分，燃燒更完全，排放污染更小。一般采用雙增壓結(jié)構(gòu)：廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓。

廢氣渦輪增壓結(jié)構(gòu)和柴油機(jī)的一樣，靠快速排出的高流速?gòu)U棄沖擊渦輪機(jī)，渦輪機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)在進(jìn)氣端吸氣壓縮，提高空氣密度，以增大進(jìn)氣量。但由于低速時(shí)，廢氣流速低，能量小，增壓作用不明顯，所以并聯(lián)加裝機(jī)械式增壓泵。

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏低時(shí)（低于1500r/min），ECU通過(guò)控制電磁離合器，使機(jī)械泵在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下泵氣，增大進(jìn)氣量。

5.空燃比反饋控制

傳統(tǒng)氧傳感器信號(hào)范圍窄，響應(yīng)能力差，在混合氣極濃和極稀時(shí)，不能進(jìn)行反饋控制。而FSI發(fā)動(dòng)機(jī)在大小工況時(shí)的總體混合氣濃度都?。ǘ即笥?4.7），所以不能用傳統(tǒng)氧傳感器，采用的是二氧化鈦氧傳感器或?qū)拵а鮽鞲衅鳎ㄒ步锌杖急葌鞲衅鳎＿@兩種氧傳感器信號(hào)電壓大，響應(yīng)范圍寬，在混合氣較稀時(shí)也能進(jìn)行很好的反饋控制。

6.不同工況不同的噴射方式

中小負(fù)荷時(shí)，以經(jīng)濟(jì)性為主，在壓縮行程后期開始噴油，實(shí)現(xiàn)分層燃燒；大負(fù)荷及全負(fù)荷時(shí)，為了動(dòng)力性，采用分段噴射：在早期進(jìn)氣行程中將少量燃油噴入氣缸，再在壓縮行程接近終了時(shí)噴射一次，最終在火花塞附近形成較濃的可燃混和氣，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

（責(zé)任編輯 陳 利）