发动机稀燃技术与分层燃烧技术
汽车发动机直喷稀燃技术应用分析
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。
稀薄燃烧技术
首先，稀薄燃烧技术需要很强的点火能量。这一点很好理解，混合 气里面汽油的比例小了，混合气被点燃就需要更大的能量，而i-DSI 发动机采用双火花塞设计，就能很好的满足这一需求。 其次，稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。汽油在混合气中 的比例减小了，对于空气与燃油的混合要求就更高了。如果燃油不 能与空气充分混合，当火花塞点火的时候，遇到混合不均匀的混合 气中汽油更少的部分，点火将更加困难。本田给这款发动机采用了 传统的2气阀设计强的涡流，让汽油跟空气有更多混合的机会。 i-DSI发动机就是通过这些手段解决了稀薄燃烧的基本需求，实现 稀薄燃烧的。由于i-DSI是在普通缸外喷油发动机的基础上开发的， 所以它更注重的是燃油经济性，而对于功率输出，则没有太大帮助。 i－DSI发动机通过燃烧“更稀的混合气”达到同等功率输出的情况 下，燃烧更少的汽油。换句话说，就是让汽油能够更充分的燃烧， 尽可能的让所有的汽油都变成动力释放出来，从而降低燃油消耗。
这对于缸内直喷的发动机来说，问题尤为突出。由于缸内直喷发动机 的压缩比通常会设计得比较高，缸内压力比普通发动机更大，从而更 容易产生氮氧化物。我们都知道柴油发动机排放的氮氧化物通常会比 汽油发动机高出许多，主要也就是因为柴油发动机的压缩比高的缘故。 在无法降低压力的情况下（因为高压缩比是提高发动机效率的必要手 段），要减小氮氧化物的排放只能是通过降低气缸内的燃烧温度。 IDE发动机的EGR废气再循环系统，就是通过把一部分排出气缸的废 气再次引入到进气管内跟新鲜的空气和燃油混合燃烧，来降低燃烧室 的温度的。我们知道，燃烧完的废气是不能再燃烧的，这些废气被引 入到气缸内以后，会占据一部分气缸内的有效体积，这个效果相当于 降低了发动机的排量，这样自然能有效降低燃烧温度，同时排放的废 气自然就降低了。
汽油机稀薄燃烧技术
稀薄燃烧的优势:
热效率随空燃比增加而增加 降低CO、HC和NOx的排放 改善发动机部分负荷性能
当今汽车工业面临的两大问题：环境污染加剧和能源使用过 度。这促使人们开发新的发动机技术。
进气道喷射的汽油机稀燃技术
GDI ：Gasoline Direct Injection即缸内直喷汽油机。 优点：具有优良的燃油经济性和降低排放的潜力 国外情况：目前日本的三菱、丰田、本田，美国的福特、通 用，欧洲的AVL、Bosch等世界著名研究机构与生产企业都开 发了比较成熟的GDI机型和产品。 我国：技术还不太成熟，主要依靠国外技术支持来开发自己的 产品，如奇瑞与AVL公司共同开发的2.0升发动机同时具备以下 技术：TCI(废气涡轮增压中冷)、GDI(汽油直喷)、VVT(可变气 门正时)
• • •
一个螺旋进气道和一个直进气道控制涡流比 一个切向进气道和一个中性进气道控制涡流比 大幅降低进气门升程控制涡流比
绕气缸中心线的进气涡流
绕气缸中心线的进气涡流
进气道喷射的汽油机稀燃技术
进气涡流比电子控制
喷油正时电子控制
点火正时电子控制 稀薄燃烧λ闭环控制 稀燃极限电子控制 NOx排放的控制策略
扭矩调节 变质调节 变量调节
充量 分层 均质
喷油正时 压缩冲程的晚期 吸气冲程的早期
喷油压力 喷油雾化 油束穿透 高 的 好 差 浅 深
GDI电子控制策略
GDI技术的优点及其存在问题
4.1 GDI的优点 4.2 GDI技术存在的问题
4.2.1 排放问题 4.2.2 积炭 4.2.3 催化器问题 4.2.4 功能问题
GDI还减少了燃烧室壁的传热损失。
发动机稀燃技术与分层燃烧技术
• 应当指出，稀薄燃烧不一定分层。 这种两级分层燃烧发动机的优点是： ① 等熵指数高 ② 可以采用高压缩比，当采用高辛烷值的汽油时，
压缩比可以提高到11~12，因而大大提高了发动 机的动力性和经济性。 ③ 燃烧温度低，传热损失和高温分解的热损失小 ④ 排污少 • 分层燃烧发动机的缺点：
混合气，可提高热效率。如采用空燃比20和27，将比空燃比14.8 时热效率分别提高8%和12%。 – 排气污染严重。一般汽油机所需的空燃比正是废气排放高的范围
稀薄燃烧汽油机与传统汽油机的性能对比
• 但事实上，当过量空气系数>1.05~1.15之后，油耗 反而增加。这是由于混合气过稀，燃烧速度过于缓 慢，等容燃烧速度下降，补燃增加，热工转化的有 效性下降；燃烧速度下降，混合气发热量和分子改 变系数减小，指示功减小，机械效率下降；混合气 过稀，发动机对于混合气分配的均匀性和汽油、空 气及废气三者的混合均匀性变得更加敏感，循环变 动率增加。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 更费油。
2. 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 运动和提高压缩比
3. 提高点火能量，延长点火持续时间。高能点火和宽 间隙火花塞有利于火核的形成，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 双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的
分层燃烧技术
• 含义：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（α=0.8~0.9），而在其他区域 供给给稀混合气，这样可以实现稀薄燃烧。在这 种情况下，即使采用普通点火系，也能很快地点 燃很稀的混合气。由于混合气有浓、稀层次之分， 燃烧的进展也从浓到稀，故把按上述方式工作的 汽油机成为分层燃烧汽油机。
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。
几种常见发动机技术优缺点解析
之后丰田开发了一款D4发动机，与4G93类似也是采用活塞顶壁面导向，但辅以涡流在火花塞附近形成较浓混合气。
Nissan的GDI发动机与丰田的类似。
1999年，Renault也开发出GDI发动机，这是欧洲第一款批量生产的GDI发动机。考虑到欧洲的燃油含硫量比日本的高，喷油器是中央布置（具体原因我还不了解）。
以上分层燃烧均属于壁面导向辅以涡流/滚流。虽然实现了分层燃烧，但由于部分燃料要喷到活塞顶上，对于油气混合不好，其燃油经济性改善并不大。
2001年，VW推出了FSI。采用的也是喷油器侧置，靠空气导向并辅以涡流使可燃混合气在火花塞位置较浓，实现分层燃烧。这种方式(air guided)比壁面导向(wall guided)更省油。
4: 全机也不是不好。
铸铁的刚性和强度远高于铝，所以同等条件下，使用铸铁机体的发动机NVH性能要好一些。同时使用铸铁机体利于直接加工出气缸套、不再需要另外的零件。
铸铁机体的确比铝机体重，但是如果设计的好，重量也不会增大特别大。像大众的EA888发动机，虽然缸体是铸铁的，但是设计进行了充分的优化，重量劣势并不明显。而且由于铸铁刚度好，发动机的NVH性能好一些。
优点：在大幅提高燃油效率的同时增加发动机的功率。
缺点：对油品的要求十分苛刻。
代表车型：本田雅阁本田CR-V丰田花冠马自达6新欧蓝德宝马325
6：连续可变气门正时系统(CVVT)
当发动机由低速向高速转换时，电子计算机就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。
各种发动机的优缺点
各种发动机的优缺点伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。
先进的发动机技术在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。
与美国上世纪90年代中实施的联邦排放法规相比，于2007年全面实施的新联邦排放法规将要求汽车氮氧化物排放降低幅度高达95%，碳氢排放物降低幅度高达84%。
而于此同时，与排放相关的系统及零部件耐久性要求达到12万英里。
2007年美国联邦排放标准中第五分组碳氢排放极限约为欧W排放极限的一半(由于测试循环的不一致，真正的排放要求比欧W排放的一半还低)。
这越来越严格的排放法规和人们对节能认识的加深，使得高效率、低排放车用发动机技术的开发受到高度的重视，从而促使传统的内燃机技术不断创新。
如汽油机直喷技术、可变气门定时技术、可变进气管、燃烧速率控制滑片、可变排量技术、高压共轨直喷柴油机等等。
由于各国国情的不同，在环境保护及节能方面所侧重的技术也有所区别。
日本出于国土资源的因素，微型车辆、经济型车的比例较高，小排量发动机就既能满足节能环保的要求，又能给这类车提供足够的驱动力；而在欧洲，由于柴油便宜，热效率远高于汽油机，使消费者容易接受柴油机驱动的汽车要比汽油机驱动的同类汽车贵1000-2000美元的事实。
另外，柴油机的低速扭矩远胜于汽油机，这也使偏爱汽车运动感的欧洲人更将直喷柴油机视为高科技的代表。
现在的西欧，超过35%的新车销售是柴油机。
在发动机节能环保新技术开发的同时，人们不能忽视燃油特性对发动机技术普及的巨大影响。
汽车尾气的净化完全依赖于废气催化后处理装置，而燃油中硫含量是催化后处理装置的克星”燃油中的硫在气缸内燃烧后氧化成二氧化硫，二氧化硫与载体涂层中的催化物起反应，使催化器的转换效率大幅度下降。
根据燃油含硫量法规，欧洲柴油机的含硫量在50ppm以下，而美国联邦目前限制300ppm，到2007年将降低到80ppm。
欧洲低硫柴油为柴油机的普遍应用创造了条件。
在美国，随着含硫量的降低，直喷柴油机在轻型车上的应用的条件日趋成熟，所有的跨国汽车公司都在开发针对北美市场的高速直喷柴油机，以待近几年后投入市场。
匀质燃烧和分层燃烧
匀质燃烧和分层燃烧一、匀质燃烧：常规电火点燃活塞式内燃机的基础匀质燃烧是常规活塞式发动机的基础，这里所指是电火花点燃的质地均匀的可燃油汽，这种油汽要求严格按照标准浓度配制，以便电火花能可靠点燃。
“电火花按时点燃油汽－－火焰扩展传播均匀燃烧。
”，这就是常规活塞式发动机的工作基础。
匀质燃烧的可燃油汽通常由气缸外边的化油器配制，化油器有着比较复杂的结构，就是为了在不同的进气量下，都能将燃油按１／１５的比例掺加到进入气缸的新鲜空气中去，而且要求输出的燃料是容易挥发的雾化均匀混合状态。
要想在发动机不同的做功状态下都提供标准比例的匀质燃汽，一般化油器很难做到准确无误，只能是个偏差不大的大概状态而已。
燃油在燃汽中的浓度偏差超过标准浓度的３０％，一般的电火花就很难点燃油汽，燃烧传播的速度也会有较大的偏差。
如果燃汽浓度偏高点，电火花会比较容易点燃油汽，燃烧传播的速度会比较快点，发动机容易高速有力；但空气中的氧气烧光后油汽还有多余，剩余的油汽燃料就浪费并转化为环境污染物。
如果燃汽中燃油浓度偏低，燃烧传播速度会偏慢，使得发动机作功无力，气缸较容易过热，不利于发动机提高转速。
虽然贫油使得燃油燃烧充份，但高温燃烧后的剩余氧气有时会烧蚀活塞。
为了保证发动机的运转正常均匀，要求送入气缸的燃汽质地均匀比例适中，首先要满足电火花能够可靠点燃油汽的基本条件，其次才能考虑发动机的实际工况。
所以可以这么说：为了保证电火花能准时可靠地点火，浓度标准的匀质燃汽是常规活塞式发动机的运行基础。
匀质燃汽给常规活塞式发动机带来的好处是燃烧平稳均匀，潜在的危险是燃汽自身含有氧气，在压缩受热过度时会自行爆燃，形成高速爆炸性的燃烧。
在压燃式的模型发动机中可以利用匀质燃汽的爆燃作功，但在常规发动机中多不宜采用，那样的爆燃对发动机损伤过大。
匀质燃汽的正常燃烧带给常规活塞式发动机的做功特点是：做功压力逐渐上升的传播式燃烧和燃烧压力最高点被电火花点燃时间控制的燃烧。
汽油机稀薄燃烧
涡流的分层效果仍可大体一直保持 到压缩上止点，有利于点火燃烧。 不难看出，在这种燃烧系统中影响 稀燃效果的主要因素是缸内涡流的 强度和喷油定时。一般说来，涡流 越强，缸内混合气上下混合的趋势 就越弱，分层效果保持得就越好。 喷油定时和喷油速率决定了缸内混 合气在流场中的空间分布以及浓度 梯度。稀燃极限与喷油定时关系很 大，只有在进气行程的某一区间内 结束喷油，才能得到理想的混合气 分层。 当前的稀燃汽油机普遍采用多 进气门结构，在空气运动方面，即 使以涡流为主的稀燃发动机也不采 用单纯的涡流运动，而是在中高负 荷时采用涡流，在低负荷时采用涡 流控制阀等可变进气技术在缸内形 成斜轴涡流。这种稀燃发动机的代 表是丰田公司的进气道喷射第三代 稀燃系统、本田公司的 ＶＴＣＥ－Ｅ 以 及马自达公司的稀燃系统。丰田第 三代稀燃系统和马自达稀燃系统的 共同特点是都采用涡流控制阀 （ＳＣＶ）来调节涡流的强度， 采用１ 个 直气道和 １ 个螺旋气道组织空气运 动。在低负荷时，ＳＣＶ 关闭获得强 的涡流；在高负荷时，ＳＣＶ 打开获 得斜轴涡流，促进燃油与空气的混
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技术与研究
分别在进气和压缩行程中喷入气缸， 形成界于两者之间的混合气，可以 实现负荷从中小区域向大负荷区的 平稳过渡，并可以降低缸内的气体 温度，从而抑制了爆燃的发生，增 加了功率的输出。
２ 稀薄燃烧的优缺点
２．１ 稀薄燃烧的优点 稀薄燃烧系统能使有效的燃油 发挥出最大的效率，使汽油机燃烧 室内的燃烧更加完全，不但大大地 降低了汽油机的燃油消耗率，也大 大地改善了汽油机的尾气排放。缸 内直喷式汽油机（ＧＤＩ）超稀薄空燃 比的利用和工作方式的改变有不少 优点，如取消节流降低了泵气损 失，燃油蒸发引起了缸内温度的降 低，提高了汽油机可工作的压缩 比；燃油在进气行程中对进气的冷 却，提高了充气效率等。这些优点 可以使发动机的燃油经济性提高 ２５％ 左右，动力输出也比进气道喷 射的汽油机增加了将近 １０％ 。ＧＤＩ 发动机除了温室气体 ＣＯ ２ 排放较少 外，由于其冷却启动迅速快捷，很 少需要冷启动加浓，因而可以大幅 度降低冷启动时未燃碳氢（ Ｕ Ｂ Ｈ Ｃ ） 的排放。 ２．２ 稀薄燃烧的缺点 ２．２．１ 成本高 由于稀薄燃烧系统的结构较为 复杂，对喷油系统的要求也相当严 格， 使喷油系统的结构也较为复杂， 由此使制造成本明显增加。 ２．２．２ ＮＯ x 排放量增加 ＮＯx 虽然采用了较稀的空燃比， 因气缸内的反应温度较低而降低， 但由于分层混合气由浓到稀将不可 避免地出现过量空气系数为１ 附近 的偏浓区域，会导致这些地方的 ＮＯx 生成增加。另外，较高的压缩比 和较快的反应放热率也会引起 ＮＯ x 的升高。一般来说，缸内直喷式汽
汽车应用新技术之燃料分层喷射技术
汽车应用新技术之燃料分层喷射技术摘要：FSI发动机是Fuel Stratified Injection，意思是燃油分层喷射，是基于GDI（缸内直喷式发动机）的一种技术。
与常规的气道喷射点燃式发动机相比，FSI将燃油直接喷入燃烧室，由于喷雾的气化冷却作用，它优化了充气效率，由于实现了汽油机的质调节，不再需要节气门，大大降低了进气损失，分层燃烧减少了发动机的传热损失，从而增大了满负荷的输出功率并降低了部分符适的燃油消耗。
Fuel Stratified Injection engine is FSI, mean Fuel layered Injection, is based on the GDI (in cylinder engine Fuel Injection of a technology. With conventional airways jet engine, compared to ignite type FSI will fuel directly spray into the combustion chamber, due to spray cooling effect, gasification optimized charging efficiency, because realize the gasoline engine, and no need of qualitative adjustment throttle, and greatly reduce the inlet loss, stratified combustion reduces engine heat loss, thus increase the output power of filled and reducing the part with the fuel consumption.关键词：燃油喷射分层燃烧输出功率GDIFuel injection Stratified combustion Output power Gasoline direct injection正文：FSI是Fuel Stratified Injection的字母简写，中文意思是燃料分层喷射技术，它代表着今后引擎的一个发展方向。
汽车稀燃技术
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。
轴向分层稀薄燃烧
应用
应用
由于当前的稀燃汽油机普遍采用多进气门结构，因此在组织空气运动方面，即使以涡流为主的稀燃发动机也 不采用单纯的涡流运动，而是在中高负荷时，采用涡流，在低负荷时，采用涡流控制阀等可变进气技术在缸内形 成斜轴涡流。采用这种混合方式的稀燃发动机的代表是丰田公司的气道喷射第三代稀燃系统和本田公司的 VTECE以及马自达公司的稀燃系统。丰田第三代稀燃系统和马自达稀燃系统的共同特点是都采用 SCV来调节涡流的强 度，采用一个直气道和一个螺旋气道组织空气运动。在低负荷，SCV关闭获得强的涡流，在高负荷时 SCV打开， 获得斜轴涡流，促进燃油与空气的混合。
看出，在这种燃烧系统中影响稀燃效果的主要因素是缸内涡流的强度和喷油定 时。一般说来，涡流强度越强，缸内混合气上下混合的趋势就越小，分层效果保持得就越好；涡流强度越弱，分 层效果保持得就越差。而喷油定时则决定了缸内混合气浓度梯度的分布形式：在进气后期喷油，将形成上浓下稀 的梯度分布；反之，则形成上稀下浓的梯度分布。
形成方式
形成方式
图1涡流轴向分层示意图如图1所示，发动机采用蓬顶形燃烧室，火花塞中心布置。在进气冲程初期（图1中 a），随着活塞的向下运动，缸内形成较强的涡流，通过对进气系统的合理配置，使该涡流的轴心与气缸中心大体 一致，形成沿气缸轴线的涡流运动。通过控制喷油时刻，使喷油器在进气后期喷油（图1中b），因为油气混合气 最后进入气缸，所以气缸内就形成了上浓下稀的分层效果。这样形成的涡流在压缩后期虽然随着活塞的上行逐渐 衰减，但涡流的分层效果仍大体一直保持到了压缩上止点，以利于点火燃烧（图1中c）。
轴向分层稀薄燃烧
进气道喷射稀燃的方式
01 简介
03 影响因素
目录
02 形成方式 04 应用
基本信息
汽车节能原理2
此时，混合气中汽油成分更少，氧分子较多，燃烧 速度变慢，释放热量少而损失多，功率变小，但燃料能 充分利用，经济性最好。
过量空气系数<0.88（空燃比小于13.2） 此时，混合气中的空气量相对不足，燃烧不完全， 发动机功率大为降低，经济性很差。同时，由于燃烧不 完全，析出许多炭质，沉附在各零件上，是排气管冒黑 烟。严重时产生“放炮”现象。
（6）加速工况：节气门突然加大—空气流量突然增加， 但此时燃油进入喉管后的速度落后于来不及加热的冷空 气—燃料蒸发量减少不能满足突然加大功率的目的。
解决办法：额外添加供油量—使得混合气浓度加大 利用加速泵额外供给一部分汽油
三.燃油供给装臵对混合气含量的校正
用来校正不同工况下所喷入的燃油量（汽油机） 当发动机处于进气行程时，气缸内产生真空，新鲜 空气被吸入发动机气缸内。汽油机通过发动机控制单元 控制喷油器，将一定压力、一定量的燃油以雾状喷入靠 近气门的进气歧管内或直接喷射到气缸内与空气混合形 成可燃气体。
（4）中等负荷工况：发动机大部分工作时间，此时燃 油经济性为首要目标—过量空气系数=0.9~1.1（燃料消 耗量最少），其中主要是供给过量空气系数>1的混合气 设臵装臵为渗入空气矫正系统（改变主供油系统的供油） （5）大负荷和全负荷工况：供油使得节气门全开—化油 器供给汽车最大功率的混合气（过量空气系数=0.85~0.95） 采用满负荷加浓装臵（又称省油器）。
我国及俄罗斯等国家，可燃混合气的成分 通常用过量空气系数
燃烧1 kg 燃料所实际供 量
过量空气系数=1 ，理论混合气 过量空气系数<1 ，浓混合气 过量空气系数>1 ，稀混合气
而不同成分的混 合气，对发动机 的动力性和经济 性的影响，是通 过试验获知的， 右图所示
发动机新技术-稀燃及柴汽混燃发动机技术
• 1. 绅宝SVC发动机。
• SAAB公司的可变压缩比技术称为SVC（saab variable compression）。它的核心技术就是在缸体与缸盖之间安装 楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活 塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的客积，从而改 变压缩比。其压缩比范围可从8:1至14:1之间变化。
1.14.2 大众混燃式发动机
• 利用先进的发动机技术CCS（柴汽混燃系统），大众公司 柴油机和汽油机的优点很好地融合在一起，并首先把柴汽 混燃发动机安装到一辆途安上。
• 柴汽混燃系统将均匀的混合过程与无火花自燃二者合一， 其原理是：在活塞压缩行程，柴油机采用的共轨喷射技术 能够精确地把燃料喷入燃烧室，从而使形成混合气的时间 长，混合质量更好，能更快使压力和温度上升，最终实现 自燃。为了降低燃烧室温度，使排放降低，燃烧后的废气 被引入一部分到燃烧室。
2. 可变压缩比的优点
➢ 适合于多元燃料。 ➢ 有利于降低排放。 ➢ 提高运行稳定性。
1.7 转子发动机 1.7.1 转子发动机的发展历史
➢ 转子发动机由德国人菲加士·汪克尔发明。
1.7.2 转子发动机的结构和工作原理
• 转子发动机的运动特点是：三角转子的中心绕输出轴中心 公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。
1.12.2 HEMI发动机MDS系统结构和工作原理
• MDS是英文Multi Displacement System的简称， 即多段式排气量调节系统。
MDS系统使发动机工作汽 缸在8缸和4缸之间切换， 它最大的好处就是提高了 发动机的燃油经济性。
1.13 发动机管理系统 1.13.1 发动机管理系统概述
• 奔驰F700混合概念车采用了均质混合气压燃技术（HCCI）发动机，该 发动机结合了汽油动力的力量和柴油动力的效率，从而使行驶里程更长 ，排污更少。
分层燃烧技术
稀薄燃烧发动机的不足 根据稀燃发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃 比燃烧过程中，空燃比连续变化。因此，三效催化转化器不能 够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化转化器要利用排 气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排 放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸 储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500℃范围 内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比 燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。 然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷 却装置。 利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而 被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。 然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须 把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低 的汽油不是到处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催 化剂反应温度提高到650°以上，从而把附着在催化剂上的硫 通过燃烧而加以消除。
分类
简单的可以根据涡流的流向分为轴向和纵向等
上图是涡流轴向分层示意图，不难看出其主要影响因素是 缸内涡流的强弱和喷油定时，涡流强弱影响混合气混合程 度，而喷油定时则决定其浓度梯度的分布形式。PS：后期 喷射则上浓下稀，否则反之。
上图是纵向分层稀薄燃烧技术实例（三菱的MVV）和滚 流运动的形成示意图 值得注意的是滚流在下止点附近达到最强，而到上止点 附近由于燃烧空间扁平，滚流被压碎成众多湍流此为破 碎期，湍流将进气的动能化为湍动能，加快了燃烧速度， 有利于发动机性能的改善。
优点
分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃 料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门 不完全打开，保证进气管内有一定真空度(可以控制废气 再循环和碳罐等装置)。这时，发动机的扭矩大小取决于 喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。一句话说就 是节能。
FSI 是Fuel Stratified Injection 的词头缩写
FSI 是Fuel Stratified Injection 的词头缩写，意指燃油分层喷射。
燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。
什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。
大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。
传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮轴位置以及发动机各相关数据从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。
汽油在歧管内开始混合，然后再进入到汽缸中燃烧。
空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1（也叫理论空燃比），传统发动机由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。
但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，这就的理论空燃比很难达到，这是传统发动机很难解决的一个技术问题。
FSI特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。
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。
当发动机在低负荷运转时，我们都知道节气门为半开状态，燃油系统在发动机压缩行程中注入燃油，特别的活塞顶部设计使吸入的燃油与空气形成涡流，仅在火花塞周围形成达到理论空燃比的足以引燃的可燃混合物，当发动机高负荷运转时，节气门全开，根据吸入的空气精确地控制注入的燃油，同步入住充分雾化，充分燃烧。
质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。
均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。
把燃油直接喷射到汽缸中就可以解决这一难题。
直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个高压油泵泵提供所需的100bar 以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁燃油喷嘴。
汽车节能技术资料迷你
【名词解释】1、汽油机外特性——当节气门开度最大时，发动机的有效功率Pe、有效转矩T和燃油消耗率g随着曲轴转速n而变化的规律。
汽油机的外特性代表了汽油机所具有的最高性能（燃油消耗率除外）2、分层燃烧——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，而在其它区域供给相当稀的混合气，采用普通点火系，较浓的混合气首先被火花点燃，并在循环中的高温、高压下高速燃烧，火焰接着很快地点燃很稀的混合气并进行燃烧，燃烧的进展从浓到稀，火焰得以传播并遍及整个燃烧室。
3、发动机机械效率——有效功率和指示功率之比，在不减少缸内指示功率情况下，减少机械损失，可提高发动机的机械效率，从而可以提高发动机的有效功率输出。
4、汽车燃油经济性——汽车在一定的使用条件下，以最小的燃油消耗量完成单位运输工作能力，是汽车主要使用性能之一，直接关系汽车是否节能。
5、柴油机共轨喷射——先将柴油或其他传递压力的工质，如机油，以高压或中压（100Mpa左右）状态储集在一个被称为共轨的容器中，然后利用电磁三通阀将共轨中压力油引入喷油器中完成喷射任务。
6、发动机特性——在一定条件下，发动机的性能指标与特性参数随着调整情况及运行工况变化而变化的关系。
发动机特性用曲线表示就称为发动机特性曲线。
7、高档跑低速——车速较慢而挂高档行驶，加油时会发生爆震声和闯车现象，发动机动力不能充分驱动汽车前进，变速系统受冲击，使传动件损坏，表面上好像节油，实际上费油且费车。
8、润滑油“10W/20”的含义——表示多级润滑油，能满足冬夏两季粘度的标准。
其中“10W”为冬季润滑油等级，表示—20℃时，最高动力粘度值是3.5Pa·S,最高边界泵送温度为-25℃，最高稳定倾点为-30℃；其中“20”为夏季润滑油等级，表示100℃时的运动粘度为5.6×10-6㎡/S。
9、发动机合理配套——发动机与汽车合理匹配，同样的汽车底盘可以配不同类型以及不同排量的发动机，在发动机与车辆的匹配中，应根据具体的使用要求以及发动机的特点进行选型，并在匹配中进行进一步调整。
汽车发动机分层燃烧详解
汽车发动机分层燃烧详解FSI，它所代表的单词直译为燃油分层喷射，它是大众汽车直喷发动机的标志代码。
那么FSI发动机有什么好处？装载它的汽车又能带给我们怎样的惊喜呢？与那些把汽油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。
理论上，FSI发动机有至少两种燃烧模式：分层燃烧和均质燃烧，有人还把均质燃烧模式细分为均质稀燃模式和均质燃烧模式。
从FSI 所代表的Fuel Stratified Injection含义上看，分层燃烧应该是FSI发动机的精髓与特点，不过也可以理解为它的研发起点和基础。
分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。
分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和碳罐等装置）。
这时，发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。
分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。
进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。
分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。
混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。
分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。
点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。
点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。
均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。
均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。
奔驰将采用分层燃烧技术提高燃油经济性
奔驰将采用分层燃烧技术提高燃油经济性
佚名
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2016(0)7
【摘要】奔驰在2016年内将针对V6发动机推出分层燃烧技术。
分层燃烧是和均质燃烧相对应的，从原理上来讲，分层燃烧技术在气缸内所形成的混合气浓度并不是均匀的，在靠近火花塞的内层空间混合气偏浓，在远离火花塞的外层空间（靠近气缸壁与活塞顶部）混合气则偏稀。
分层燃烧的热效率要更高一些，但存在NOx 的排放问题。
【总页数】1页(P8-8)
【正文语种】中文
【中图分类】U469.11
【相关文献】
1.采用分层燃烧技术的三菱GALANT发动机工作不良
2.梅赛德斯—奔驰公司采用电子稳定性控制程序操作系统——大大提高汽车行驶安全
3.采用分层燃烧技术改进链条锅炉
4.采用停缸技术提高燃油经济性
5.梅赛德斯-奔驰公司采用电子稳定性控制程序操作系统——大大提高汽车行驶安全性
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• 分层燃烧发动机作为发动机稀薄燃烧中的非均质燃 烧是实现稀薄燃烧的主要方式
燃用均质稀混合气的技术途径
1. 使汽油充分雾化并保证混合气均匀及各缸混合气分 配均匀。要使汽油充分雾化，可以在预热、增加进 气流的速度、增强进气流扰动、增加汽油乳化度以 及使汽油分子磁化等方面采取措施。 2. 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 运动和提高压缩比 3. 提高点火能量，延长点火持续时间。高能点火和宽 间隙火花塞有利于火核的形成，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 双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的
• 本田CVCC（Compound Vortex Controlled Combustion 复合涡流控 制燃烧）系统通过控制 燃烧过程来实现稀薄燃 烧。 • CVCC在传统火花塞位置 上设置一个副燃烧室 （预燃室），并配有一 个副进气门。副燃烧室 有两个火焰喷孔，孔径 6mm，总面积1.565cm2。
• 着火膨胀过程：
– 火花跳火时，副燃烧室内浓混合气可靠着火，形成火焰从喷孔喷 出。首先着火的是喷孔附近中等浓度混合气，然后随着膨胀过程 开始使稀混合气着火燃烧，这样使极稀混合气能被火焰传播而稳 定燃烧。
波尔舍SKS燃烧系统
• 德国波尔舍（Porsche）的 SKS（Schichtlade-KammerSystem）是利用层状进气 实现稀燃的。 • 波尔舍公司研究认为汽油 机燃烧由三个阶段组成： 点火并形成火焰中心；大 部分燃料燃烧；后续燃烧。 第一阶段要求小部分混合 气由火花塞点燃放热大于 表面散热，因此点火应在 稳定即没有涡流的地方； 第二阶段则需要强烈涡流 使燃烧迅速完成；第三阶 段则需要足够的过剩空气。本田CVCC系统的工作原理
• 进气过程：
– 进气时，大量稀混合气和极少浓混合气由独立的化油器分别供给 主燃烧室和副燃烧室。副燃烧室中的浓混合气通过火焰喷孔流到 主燃烧室和稀混合气混合，并形成空燃比梯度（分层进气）。
• 压缩过程：
– 压缩时，一部分稀混合气被压入复燃烧室，形成中等浓度混合气， 因此在压缩终了时形成：在火花塞周围是着火性能较好的浓混合 气；在主燃烧室的火焰喷孔附近形成适于火焰传播的中等浓度的 混合气；在主燃烧室其余部分是很稀的混合气。
稀薄燃烧汽油机与传统汽油机的性能对比
• 但事实上，当过量空气系数 >1.05~1.15 之后，油耗 反而增加。这是由于混合气过稀，燃烧速度过于缓 慢，等容燃烧速度下降，补燃增加，热工转化的有 效性下降；燃烧速度下降，混合气发热量和分子改 变系数减小，指示功减小，机械效率下降；混合气 过稀，发动机对于混合气分配的均匀性和汽油、空 气及废气三者的混合均匀性变得更加敏感，循环变 动率增加。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 更费油。 • 稀薄燃烧稀薄燃烧按供给方式可分为：
• 这种两级分层燃烧发动机的优点是： ① 等熵指数高 ② 可以采用高压缩比，当采用高辛烷值的汽油时， 压缩比可以提高到11~12，因而大大提高了发动 机的动力性和经济性。 ③ 燃烧温度低，传热损失和高温分解的热损失小 ④ 排污少 • 分层燃烧发动机的缺点：
燃烧缓慢，等容度低
本田CVCC燃烧系统
稀薄燃烧发动机的不足
根据稀燃发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃 比连续变化。因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的NOx。这是因为三效催化 转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。在稀薄燃烧中，在排放气体 中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其 温度必须保持在250-500℃范围内。当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论 空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。 然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。 利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的 范围宽，催化转化器的寿命也延长。然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒， 所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到 处能供应的。大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650°以上，从而 把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。 在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂 温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。为此，通过NOx传感器监视硫附着在催化剂 上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。 作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是 为了净化处理NOx，这是不得已而为之。 另外，稀燃发动机由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如 果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。 另外稀燃发动机对燃油品质的要求也比较高
分层燃烧技术
• 含义：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（α=0.8~0.9），而在其他区域 供给给稀混合气，这样可以实现稀薄燃烧。在这 种情况下，即使采用普通点火系，也能很快地点 燃很稀的混合气。由于混合气有浓、稀层次之分， 燃烧的进展也从浓到稀，故把按上述方式工作的 汽油机成为分层燃烧汽油机。 • 应当指出，稀薄燃烧不一定分层。但绝大多数稀 燃发动机都采用分层燃烧或者分层充气。
SKS燃烧系统工作原理
• SKS与CVCC主要区别是用燃油喷射泵取代化油器向预燃室 内单独供给燃油。进气行程，高压喷射泵将燃料直接喷入 预燃室内，压缩行程主燃烧室内稀混合气一部分进入预燃 室，最后形成浓混合气。 • SKS中火花塞置于点燃室中，使火花塞周围没有强烈涡流， 便于火核的形成。预燃室内为浓混合气，当活塞位于压缩 上止点时，预燃室及喷孔附近的主燃烧室部分以等容燃烧， 产生强烈的涡流进而点燃主燃烧室内的稀混合气（＝ 1.5～3.0）。 • 主燃烧室内混合气在膨胀行程中几乎在等温状态下进行， 爆发压力低，NOx排放少，膨胀温度高，使未燃HC与CO氧 化。
发动机稀燃技术与分层燃 烧技术
主讲人 ：孙 宇
发动机稀燃技术
• 稀燃：是指发动机可以燃用汽油含量很低的可燃混合 气 • 从理论上讲，混合气越稀，越接近与空气循环(理论循 环)，等熵指数κ值越大，热效率越高。 • 传统汽油机燃烧系统的缺陷：
– 空燃比变化范围非常狭窄（A/F＝12.6～17）； – 低负荷时进气节流损失大，经济性差； – 点火所需的混合气较浓，传播速度大，容易暴燃； – 汽油机始终以点火范围内的空燃比工作，热效率低。如能采用稀 混合气，可提高热效率。如采用空燃比20和27，将比空燃比14.8 时热效率分别提高8%和12%。 – 排气污染严重。一般汽油机所需的空燃比正是废气排放高的范围