汽車發動機直噴稀燃技術應用分析

張東升 武志平

(1.華北電力大學，河北 保定 071000;2.保定職業技術學院，河北 保定 071000)

日益嚴重的環境和能源問題，使得人們在追求車用汽油機良好動力性的同時，也對汽油機的燃油經濟性和排放提出愈來愈高的要求。為此，近年來世界各國研究、開發了許多發動機新技術。其中汽油機缸內直噴稀燃技術無論在節能方面還是在降低排放方面效果均十分明顯，已成為車用汽油機一個十分重要的發展方向。

一 汽車發動機直噴稀燃技術及其工作原理

1.汽車發動機直噴稀燃技術的概念

FSI是FuelStratifiedInjection的縮寫。意指燃油分層噴射，是直噴式汽油發動機領域的一項創新的革命性技術[1]。FSI技術是指改變傳統的汽油機通過從進氣管中將燃油與空氣混合的燃油供給系統的供油方式，而采用像柴油機一樣的，通過噴油器直接將汽油往氣缸內噴射的供油方式[2]。分層燃燒的真正目的是可以實現較稀混合氣的點燃，而設計缸內直噴的主要目的則是為了實現稀薄燃燒，缸內直噴技術伴隨著稀燃技術是相輔相成、密不可分的。而發動機的稀薄燃燒技術就是為了讓氣缸內的混合氣更加充分的燃燒，使盡可能多的熱能轉變為機械能，提高熱效率，達到減低油耗和排放的目的。

2.汽車發動機直噴稀燃技術的工作原理

采用直噴稀燃技術的發動機是利用一個高壓泵，使汽油通過一個分流軌道(共軌)到達電磁控制的噴油器。在進氣道中產生可變渦流，使得進氣流以最佳的渦流形態進入燃燒室內，以分層填充的方式推動，使較濃的氣體聚集于火花塞的周圍，正常情況下，如此稀薄的氣體時不可能被點燃的，故采用以中間點火帶動周圍點火的使整個氣缸燃燒的方式，濃混合氣點燃后，燃燒迅速波及外層[3]，使其點燃做功。

二 汽車發動機直噴稀燃技術特點

1.汽車發動機直噴稀燃技術的優點

采用燃油直噴稀燃技術的發動機，發動機能夠在火花塞點火之前把汽油以較高的壓力直接噴射到燃燒室，同時在ECU的精確控制下，使混合氣體能夠實現分層燃燒。這種技術可以讓靠近火花塞周圍的混合氣相對較濃，遠離火花塞周圍的混合氣相對較稀，從而更有效的實現“稀薄”點火和分層燃燒。并且由于不用加熱進氣就可以使汽油得到充分揮發而提高了進氣充量，減小了進氣氣阻。采用缸內直噴技術的汽油機的過量空氣系數可以調節稀薄的狀態，從而能夠將內燃機的熱效率提高20%[3]。而不會對發動機性能造成負面的影響。采用直噴技術后，燃油以細微滴狀的薄霧方式進入汽缸，而不是以蒸汽的方式。這也就意味著當燃油霧滴吸收熱量變為可燃蒸汽時，實際上對發動機的汽缸起到了冷卻的作用，另外比原有的進氣道式汽油發動機獲得了更多的進氣量，使缸內氣體燃燒的更為徹底，減少了大量由于燃燒不充分形成的有害氣體，提高汽車排放性。

2.汽車發動機直噴稀燃技術的缺點

FSI同時也要面臨PFI(PortFuelInjection的縮寫，意指進氣口燃油噴射)所沒有的困難。如在要求的工作范圍內如何對分層燃燒進行有效的控制，確定怎樣的噴油控制策略來保證較好的負荷切換，以適應于FSI發動機的噴油器設計，解決小負荷時HC排放過高，大負荷時NOX排放過高并有碳煙形成，及由于汽油自潤滑性差導致的燃油噴射系統和缸壁磨損等，這些是FSI開發中常遇到的困難。此外，原有的三效催化轉化器不適用于FSI，需要開發專用的稀燃NOX催化轉化器[5]。

三 應用情況分析

1.國外汽車發動機直噴稀燃技術的應用情況

國外版本的FSI發動機代表的缸內直噴稀燃技術已經相當成熟，并已廣泛應用于各種車型，而且成了一些廠家的標準配置。汽油機缸內直噴稀燃技術以其的高動力性高燃油經濟性及低的排放在歐美國家已引起足夠的重視，像以德國為代表的發達國家這項技術幾乎可以說已經得到了普及。

2.國內汽車發動機直噴稀燃技術的應用情況

國內版本的稀燃發動機，并沒有像國外發展的那樣成熟，實現發動機的稀薄燃燒具有很高的技術難度。比如，油泵、油嘴、活塞等，在這些方面沒有過硬的技術，稀薄燃燒是不可能實現的。另外，稀薄燃燒發動機采用的是超高壓縮比技術，這就對燃油清潔度提出了極其嚴格的要求，我國現階段的煉油水平在一定程度上也制約著稀燃發動機的發展。即便大眾引進了稀燃發動機(FSI)，它為了迎合中國市場的需求，大大降低了壓縮比，嚴格意義講，它不能算是真正意義上的稀燃發動機。對于我國來說，這不得不說是個遺憾。但是，令人可喜的是我國有多家發動機廠已經研制出直噴發動機了。例如，上汽集團的榮威950、北京現代索納塔八，只不過先進性上有一些差距，這個差距主要體現在是否能夠實現稀薄燃燒上，國內的直噴主要停留在了均質燃燒這個層次上面，并沒有實現分層燃燒，沒有實現分層就不會實現稀薄燃燒。據可靠調查數據顯示，沒有分層稀薄燃燒技術的直噴發動機，并不能帶來多大的燃料節省。

四 結語

直噴稀燃技術是未來汽車發動機發展的方向，前景廣闊。我國現階段的發動機直噴稀燃技術發展存在諸多瓶頸，如開發技術落后、實驗平臺落后、制造裝備比較落后、這些因素嚴重阻礙了汽車稀燃技術的發展，對于我國來說目前迫切任務是改變現有的不夠先進的研發水平和裝備水平，加強自我研發的力度，這樣才能使我國發動機各項技術上一個更高的臺階。

[1]原田(譯).直噴汽油機的發展[M].SAEpaper970540.

[2]黃喜鳴.淺談汽油機稀燃層燃技術[J].裝備制造技術，2006(4):174－175.

[3]蔣堅，高希彥.汽油缸內直噴式技術的研究與應用[J].內燃機工程，2003，(5):39—44.

[4]王志，張志福，楊俊偉等.均質壓燃發動機研究開發新進展車用發動機，2007(3):1－7

[5]思凡特(譯).FSI發動機的診斷技術[R].FISITA 工程師協會，2010(5).17 －16

[6]汪云青.汽油發動機新生—FSI直噴式發動機技術[J].技術前沿，2006(6):18 －19