浅谈汽油机稀燃层燃技术

ＨＵＡＮＧ Ｘｉ －ｍ ｉ ｎｇ
（ Ｎ ａｎｎｉ ｎｇ Ｐｕｂｌ ｉ ｃ ＴｒａｎｓｐｏｒｔＣ ｏｍ ｐａｎｙ，Ｎ ａｎｎｉ ｎｇ ５３００００，Ｃ ｈｉ ｎａ） Ｂｙ ｉ ｍ ｐｌ ｅｍ ｅｎｔ ｉ ｎｇ Ｉｍ ｐｅｍ ｅｎｔ ａｔ ｉ ｏｎ ｏｆｌ ｅａｎ－ｂｕｒｎｉ ｎｇ ａｎｄ ｇｒａｔ ｅ－ｆ ｉ ｒｉ ｎｇ ｔ ｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ，ｎｏｔ ｏｎｌ ｙｔ ｈｅ ｆ ｕｅｌ ｏｉ ｌ ｃｏｎｓｕｍ ｐｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｅｎｇｉ ｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ １２ ｐｅｒｃｅｎｔ ，ｂｕｔａｌ ｓｏ ｔ ｈｅ ｑｕａｎｔ ｉ ｔ ｙ ｏｆｏｘｙｎｉ ｔ ｒｉ ｄｅ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｉ ｎ ｄｉ ｓｃｈａｒｇｅｄ ｏｆ ｆ －ｇａｓ ｉ ｓ ｒｅｄｕｃｅｄ， ｔ ｈｅｎ ｔ ｈｅ ｅｍ ｉ ｓｓｉ ｏｎｓ ｏｆｅｎｇｉ ｎｅ ａｒｅ ｃｌ ｅａｎｅｒ． Ｇ ａｓｏｌ ｅｎｅ ｅｎｇｉ ｎｅ；Ｌｅａｎ－ｂｕｒｎｉ ｎｇ；Ｇ ｒａｔ ｅ－ｆ ｉ ｒｉ ｎｇ
前言
汽车是消耗石油能源的大户，在目前已经出现了能源紧 张局面情况下。人们想尽办法来改进汽车的燃油经济性， 降低 汽车的燃油消耗量的情形显得更加紧迫。自日本三菱公司开 发出缸内直喷汽油发动机以来， 汽油机的稀燃、 层燃技术和缸 内直喷技术一时成为汽油机节能技术的热门话题。汽油机的 缸内直喷技术和稀燃、层燃技术将会是汽油机未来发展的方 向。发动机实现稀燃、 层燃技术， 可使发动机的燃油降低 １２％ ， 还使尾气排放中氮氧化合物和碳氢化合物有所降低，从而使 排放更加清洁。现就汽油机稀燃、 层燃和缸内直喷等方面技术 进行探讨。
பைடு நூலகம்
Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｓｈｅｎｇ－ｂａｏ
（ Ｎ ａｎｎｉ ｎｇ Ｍ ａｃｈｉ ｎｅｒｙ Ｐｌ ａｎｔ ，Ｎ ａｎｎｉ ｎｇ ５３０００３，Ｃ ｈｉ ｎａ） Ｉｎｔ ｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｓｉ ｍ ｐｌ ｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔ ｉ ｃａｌｆ ｉ ｘｔ ｕｒｅ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｆ ｏｒｉ ｎｔ ｅｒｎａｌｗ ｏｒｋ ｏｎ ｌ ａｔ ｈｅ ｉ ｎ ｓｍ ａｌ ｌｅｎｔ ｅｒｐｒｉ ｓｅｓ． Ｌａｔ ｈｅ；Ｆｉ ｘｔ ｕｒｅ；Ｓｔ ｒｕｃｔ ｕｒｅ
４ 结束语
汽油机采用燃油直喷技术和稀燃、 层燃技术， 不仅可增进 发动机的燃油经济性， 并且对尾气的排放也将大大改善。特别 在部分负荷时的经济性和尾气排放的改善更加明显。采用直 喷和稀燃、 层技术， 低速时功率可增加 ５％ ～１０％ ， 燃油消耗率 降低 ５％ ， 尾气排放中 Ｈ Ｃ 和 Ｃ Ｏ 的排放都大大降低， 再利用适 当的废气再循环和三元催化， Ｎ Ｏ Ｘ 的排放也可得到很好的控 制。这些技术都为未来的发动机发展带来的新的方向。 参考文献：
室内局部淬熄。这不仅不利于发动机的功率输出， 而且还引起 废气排放中碳氢化合物的增加。 综上述情况， 汽油机采用稀燃混合气要采取的技术途径： （ １） 利用预热、 增加进行流的速度、 增强朝气流的扰动、 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） 提高燃烧室气体的运动速度和提高压缩比， 以加快燃 烧的速度。 （ ３） 通过采用双火花塞设计， 或采用大能量的火花塞来提 高点火能力。 对于汽油机进行分层燃烧， 其主要采用的技术有两种： 一 种是利分层充气的两级燃烧，在进气管中用隔板分成截面相 等的进气管道。在气缸上管道进入的混合气充在火花塞周围， 所以是较浓的混合气，而从下面管道进去的混合气是充在离 火花塞较远的区域， 所以是较稀的混合气。另一种是先从进气 管吸入较稀的混气，再在火花塞开始点火前通过喷油嘴向缸 内喷入一定的燃油在火花塞的周围。
［ １］ 李朝晖， 杨新桦．汽车新技术． ［ Ｍ］ ． 重庆大学出版社， ２００４． ［ ２］ 刘玉梅．汽车节能技术与原理． ［ Ｍ］ ．机械工业出版社， ２００３． ［ ３］ 舒华， 姚国平．汽车新技术． ［ Ｍ］ ． 国防工业出版社， ２００５．
３ 喷油设计
Ｇ Ｄ Ｉ发动可以设计成分两段喷油， 辅喷油阶段和主喷油阶 段。通过分两段进行喷油， 不仅可以达到稀燃层的目的， 还能 有效减小爆震的产生， 从而可以采用更高的压缩比 （ 可以采用
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第 １６３ 页） ３ 小结
该夹具经过生产实践证实使用方便，适合用于一般精度 零件的半精加工和精加工， 投入成本低， 利用普通车床即可投 入生产。因夹具简单， 考虑刀杆的刚性问题， 适合用于直径小 于 ３００ｍ ｍ 的内圆球面加工。
高达 １２． ５： １ 的压缩比设计） ， 获得更优越的动力输出。 辅喷油阶段： 在发动机运行进气行程时， 发动机会进行一 次喷油， 这次喷油是辅喷油， 喷油的数量不大， 喷油的主要目 的也不是为了点火燃烧。当一定数量的汽油在进气行程被喷 射到汽缸内的时候， 这部分少量的汽油会汽化挥发， 我们都知 道， 液体的汽化和挥发是会吸收热量的， 这样就能降低汽缸内 的温度。气缸内的温度低了， 气缸内可以容纳的气体密度就会 自然增大。所以这次喷油的后果在给气缸降温的同时， 还可以 提高进气密度， 让更多的空气进入到汽缸， 而且能确保汽油跟 空气均匀的混合。 主喷油阶段： 第二次喷射是主喷油过程。当活塞即将达到 发动机压缩行程的上止点时， 在火花塞点火之前， 会有一定量 的汽油再次被喷出， 这次喷射成为主喷油。此时， 活塞的凹面 会使混合气在火花塞周围形成一个浓度较高的区域，这种较 浓的混合气能在火花塞点火的情况下被顺利点燃，而周围混 合气较稀的区域是无法被火花塞的火焰直接点燃的，只能在 中心区域成功燃烧以后， 利用燃烧产生的能量同时点燃。
１ 发动机稀燃、 层燃技术
所谓稀薄燃烧， 是指通过提高发动机内混合气的空燃比， 让混合气在空燃比大于理论空燃比数值的状态 （ 过量空气系 ２ 燃油直喷燃烧技术 数为 １． ２２） 甚至更稀， 让汽油在很稀的混合状态下燃烧。理论 空燃比是发动机的一个基本参数，普通发动机是不能随便改 汽油机燃油直喷燃烧技术 （ Ｇ ａｓｏｌ ｉ ｎｅ Ｄ ｉ ｒｅｃｔＩｎｊ ｅｃｔ ｉ ｏｎ， 缩写 变空燃比的， 因为燃用过稀、 已进入一般汽油机失火范围的混 为 ＧＤＩ ） ， 是指改变传统的汽油机通过化油器从进气管中将燃 合气的主要困难是难以形成火核。就算用大能量的火花塞点 油与空气混合的燃油供给系统的供油方式，而采用象柴油机 火， 但在微小体积内的燃料量太小， 产生热量过少， 也不足以 一样的， 通过喷油嘴直接将汽油往气缸内喷射的供油方式。采 聚集形成火核而传播。从而导致失火。但只要一旦形成火焰， 用燃油直喷技术的发动机，发动机能在火花塞点火之前把汽 在火焰传播过程中， 即使是相当稀的混合气， 燃烧还是可以正 油直接喷射到高压的燃烧室， 同时在 Ｅ Ｃ Ｕ 的精确控制下， 使混 常进行。分层燃烧的概念就是在燃烧室内组织合理混合气分 合气体分层燃烧。这种技术可以让靠近火花塞处的混合气相 布，使在靠近火花塞间隙周围形成空燃比为 １２～１３． ５ 左右的 对较浓，远离火花塞的混合气相对较稀，从而更有效的实现 较浓的混合气，而在远离火花塞的燃烧室内的大部分区域则 “ 稀薄” 点火和分层燃烧。并且由于不用加热进气以便汽油得 是较稀混合气。并且在火花塞开始由浓到稀逐步过渡， 以便有 到充分挥发而提高了进气充量， 在部分负荷时也没有因为要用 利于火焰的传播。因此要让发动机实现稀薄燃烧， 主要具备两 节气门进行调节发动机的功率而减小了进气气阻。采用缸内 个条件： 直喷技术的汽油机的空燃比可以调节到比用化学计算法得出 首先， 稀薄燃烧技术需要较强的点火能量。因为混合气里 的 １４． ７： １ 更稀薄的状态，从而能够将内燃机的燃料效率提高 面汽油的比例小了， 混合气被点燃就需要更大的能量。 ２０％。 而不会对发动机性能造成负面的影响。 其局限性主要是 其次， 稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。汽油在 因为空气过量而使氮氧化合物 （ Ｎ Ｏ ） 排放增加。 采用直喷技 Ｘ 混合气中的比例减小了，对于空气与燃油的混合要求就更高 术后， 燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸， 而不是以蒸汽的 了。如果燃油不能与空气充分混合， 当火花塞点火的时候， 遇 方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时， 到混合不均匀的混合气中汽油更少的部分时，就会发生燃烧
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浅谈汽油机稀燃层燃技术
黄喜鸣
（ 南宁市公共交通总公司， 广西 南宁 ５３００００） 摘要： 发动机实现稀燃、 层燃技术， 可以使燃油降低 １２％ ， 还使尾气排放中氮氧化合物和碳氢化合物都有所降低， 从而使排放 更加清洁。 关键词： 汽油机； 发动机稀燃； 层燃技术 中图分类号： ＴＫ １６ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １６７２－５４５Ｘ （ ２００６） ０４－０１７４－０２
作者简介： 黄喜鸣，男，广西南宁人，南宁市公交总公司机务部设备技术工程师。 收稿日期： ２００６－０８－０１
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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 Ｇ Ｄ Ｉ 技术的另一优点是能够加快油气混合气体的燃烧速 度， 这使得 Ｇ Ｄ Ｉ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。例如， 在三菱发动机上， 当怠速 运转过程中如果发动机燃烧不稳定，则发动机可以以 ４０： １的 空燃比很平稳地运行 （ 如果采用了废气再循环 Ｅ Ｇ Ｒ 技术， 那么 发动机的空燃比可以提高到 ５５： １） 。 让发动机燃烧非常稀薄的油气混合气体也就意味着其每 个燃烧冲程燃烧的燃料量更少， 因而产生的功率也就更小。当 汽车在高速或高负荷下行驶时就会出现动力不足的情况， 因 此要配备一个电子系统， 用以检测来自的发动机各种运转情况 和探测驾驶员希望在高负载或高车速下操纵汽车，喷射脉冲 就会提前在进气冲程进行更多的燃油喷射， 以满足对高负荷时 所需要的大动力，而在正常情况下的诸如城市市区的低负载 驾驶工况， 燃油在压缩冲程延迟喷射， 这时喷油系统提供一种 极稀薄的油气混合物分层， 从而提高了发动机的燃油经济性。 Ｇ Ｄ Ｉ技术对发动机的排放具有很重要的影响。当较少的 燃料在一个富氧的环境中燃烧时， Ｈ Ｃ 和 Ｃ Ｏ 的产生量会大大 减少。另一方面， 氮氧化含物的产生却会有所上升。为了避免 这个问题的发生， 则可以利用适当的废气再循环 （ Ｅ Ｇ Ｒ） 来抑制 氮氧化含物产生， Ｇ Ｄ Ｉ 发动机一般采用了 ３０％的 Ｅ Ｇ Ｒ 比率， 并加上采用了一个合适 Ｎ Ｏ Ｘ 气体催化器，通过这些措施可以 使 Ｇ Ｄ Ｉ发动机的尾气排放得到很好的控制。