原創  稀薄燃燒發動機的技術發展

　　什么叫稀燃？顧名思義就是發動機混合氣中的汽油含量低，汽油與空氣之比可達1：25以上。 　　 　　其實，在20多年前就已經有人在研究稀燃技術。面對21世紀70年代初歐美國家的排放規定以及石油危機引起的降低油耗的需求，人們探索了由稀混合氣運行，用氧化催化劑凈化排氣的方法，采用了一種帶副燃燒室的發動機。 　　這種由豐田及本田公司發明的燃燒方式由于從副燃燒室噴出火焰會造成熱能損失，稀混合氣發動機改進對油耗的效果不明顯。 　　從那以后，隨著進氣口的改進，氣缸內旋渦生成技術的進步，由通用、福特、豐田、本田、日產等汽車公司先后搞成的開口式燃燒室可以形成比帶副燃燒室還好的稀薄混合氣燃燒，并且隨著進氣口燃料噴射技術的發展和稀混合氣傳感器技術的開發，精密控制空燃比已成為可能。80年代中期，豐田正式使稀混合氣發動機（T－LCS）產品化，三菱、本田也相繼將其產品實行產品化。 　　進入90年代，三菱汽車公司研制出來的缸內直噴技術使稀燃技術又進了一步。目前，各大公司都擁有自己的稀燃技術，其共同點都是利用缸內渦流運動，使聚集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點燃后迅速向外層推進燃燒，并有較高的壓縮比。 　　比較著名的三菱缸內噴注汽油機（GDI），可令混合比達到40:1。它采用立式吸氣口方式，從氣缸蓋的上方吸氣的獨特方式產生強大的下沉氣流。這種下沉氣流在彎曲頂面活塞附近得到加強并在氣缸內形成縱向渦旋轉流。在高壓旋轉噴注器的作用下，壓縮過程后期被直接噴注進氣缸內的燃料形成濃密的噴霧，噴霧在彎曲頂面活塞的頂面空間中不是擴散而是氣化。 　　這種混和氣被縱向渦旋轉流帶到火花塞附近，在火花塞四周形成較濃的層狀混和狀態。這種混合狀態雖從燃燒室整體來看十分稀薄，但由于呈現從濃厚到稀薄的層狀分布，因此能保證點火并實現穩定燃燒。 　　大眾的直噴汽油發動機（FSI），則是采用了一個高壓泵，汽油通過一個分流軌道（共軌）到達電磁控制的高壓噴射氣門。它的特點是在進氣道中已經產生可變渦流，使進氣流形成最佳的渦流形態進入燃燒室內，以分層填充的方式推動，使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周圍。 　　本田最新的VTEC發動機也將采用稀燃技術。這款取名為VTEC－i 2.0升發動機將比一般本田發動機省油20%，其特點是將VTEC技術與稀燃技術相結合，也是當低轉速時令其中一組進氣門關閉，在燃燒室內形成一道稀薄的混合氣體渦流，層狀分布集結在火花塞周圍作點燃引爆，從而起到稀薄燃燒作用。 　　綜上所述，汽車汽油發動機實現稀燃的關鍵技術歸納起來有以下三個主要方面： 　　一、提高壓縮比 　　采用緊湊型燃燒室，通過進氣口位置改進使缸內形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。 　　二、分層燃燒 　　如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內空氣的運動在火花塞周圍形成易于點火的濃混合氣，混合比達到12：1左右，外層逐漸稀薄。濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層。 　　為了提高燃燒的穩定性，降低氮氧化物（NOx），現在采用燃油噴射定時與分段噴射技術，即將噴油分成兩個階段，進氣初期噴油，燃油首先進入缸內下部隨后在缸內均勻分布，進氣后期噴油，濃混合氣在缸內上部聚集在火花塞四周被點燃，實現分層燃燒。 　　三、高能點火 　　高能點火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰傳播距離縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發動機采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達到上述目的。 　　以上三點只是對整體汽油發動機稀燃技術而言，具體到某種機型會有所偏重。因為各種汽油發動機稀燃方式的技術措施不完全一樣，甚至同一部發動機在不同的工況下稀燃方式也會不完全一樣。有些著重缸內氣流運動及燃油分布的配合，重點在分層燃燒。有些著重加大點火能量、增快火焰傳播速度和縮短火焰傳播距離，重點在高能點火。