汽油機均質稀薄燃燒與二次噴油研究

濰坊工程職業學院 劉海亮 郇新

1 概述

傳統的混合氣形成方式是進氣氣流的沖擊力把燃油油滴打散在氣缸之外，混合氣在氣缸之外就已經形成，然后已經形成的混合氣經過進氣總管逐個的再次分配到進氣歧管中，最終混合氣在氣缸中得以燃燒，由此我們可以看出，燃油是在氣缸之外噴射的。而二次噴油技術和稀薄燃燒則是把燃油經過噴油器直接噴在氣缸中，強大的進氣沖擊力在氣缸內把燃油打散，形成稀薄不等的混合氣，進而實現燃燒。

2 均質稀薄燃燒的原理

混合氣進入氣缸后并非我們想象中的“一鍋粥”的情況，而是類似“千層餅”一樣，一層一層分開的，這種分層燃燒的情況跟進氣的力度、氣缸的溫度、氣缸的結構形式有很大關系。一般情況下，這種分層是比較明顯的，即火花塞附近的混合氣比較濃，然后距離火花塞越遠的區域混合氣逐漸變稀。但是當發動機轉速比較低（比如怠速狀態下）或者負荷比較大（比如滿載爬坡時）的時候，火花塞附近的濃混合氣因為得不到充足的氧氣而不能完全燃燒甚至會出現熄火的情況。此外由于最外層的混合氣濃度過低，其平均濃度有可能比常理狀態下的稀混合氣濃度還要低，此時燃燒就會產生過多的廢氣（比如HC等）。產生以上兩種不良情況的原因是由于整個氣缸內混合氣的分層度過高，換句話說就是分層界限太明顯所造成的，當然這并不是我們的理想方案。于是便出現了另外一種燃燒方式——均質混合氣稀薄燃燒，這種燃燒方式區別于傳統的燃燒方式，傳統的燃燒方式是“一鍋粥”的燃燒，即只要條件允許整個燃燒室內的混合氣同時燃燒，同時產生能量。而均質混合氣稀薄燃燒則是先允許火花塞附近的濃混合氣燃燒，進而一步一步引燃到外層的混合氣，最終實現整個氣缸內混合氣的燃燒。由此可以看出這種燃燒方式只有一個火源就是火花塞附近的濃混合氣。用一個火源，源源不斷地引燃外層混合氣，既避免了多種火源的存在而引發爆震現象，又可以使外層的稀混合氣得以充分的燃燒，顯然這是一種比較理想的燃燒方式。要實現這種均質稀薄燃燒，混合氣的形成是關鍵因素。實踐證明，二次噴射以一種較靈活的供油方式，比較成功地解決了這一問題。

3 二次噴油的原理

傳統的化油器發動機是無法實現二次噴油的，二次噴油只能實現在直噴發動機上。二次噴油的理論是把一個噴油過程分成兩個階段，第一個階段在進氣形成之前噴射，第二個階段是在進氣過程中噴射。第一個階段要求噴射的時間掌握在進氣門開啟之前，此次噴油的目的是形成均質混合氣，也就是外層的稀混合氣。這次的噴油量占整個一次噴油量的絕大部分，其混合氣形成的能量來自于高溫的氣門口，由于這次噴油的時間長所以霧化的效果好。第二次噴油時間掌握在進氣過程中，嚴格來說是當活塞速度最大、氣缸內溫度最高時噴射，因為這次噴射的目的是在火花塞周圍形成少量的濃混合氣，速度高于燃油可以高速的沖破第一次稀混合氣的“包圍圈”直接到達“目的地”，從而減少了不必要的浪費。當第二次燃油噴射到位后，火花塞正好點火，由此就可以實現“以濃帶稀”的理想效果。由此可以看出在整個噴油過程中出現了一個噴油的間斷點，就是第一次噴油和第二次噴油之間的時間，這個時間要求很短（不到1ms）,如此短暫的時間，稍控制不準就有可能出現偏差，進而影響整個噴油過程?，F代電控技術的不斷改造升級為實現這一要求提供了強有力的技術保障。一般說來，普通的噴油器在發動機工作的轉速范圍內實現每循環（720°CA期間）噴油兩次是沒問題的。每循環內二次間隔為360°CA的燃油等量噴射是簡單的二次燃油噴射方式，可看作是獨立燃油噴射方式在發動機每循環內工作兩次。從控制角度來看，二次燃油噴射方式不過是在獨立燃油噴射方式的基礎上增加了一個分配兩次燃油噴射量的參數，這在控制軟件上是很容易做到的。

[1]錢耀義.汽車發動機的電控汽油噴射技術.人民交通出版社,1996.1.

[2]何文華等.電控汽油噴射發動機的研究.內燃機工程，1994.03.

[3]史紹熙.汽車發動機燃燒技術的新進展.燃燒科學與技術，2001，7.