1、發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃技術(shù)與分層燃燒技術(shù)主講人 ：孫 宇發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃技術(shù) 稀燃：是指發(fā)動(dòng)機(jī)可以燃用汽油含量很低的可燃混合氣 從理論上講，混合氣越稀，越接近與空氣循環(huán)(理論循環(huán))，等熵指數(shù)值越大，熱效率越高。 傳統(tǒng)汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)的缺陷： 空燃比變化范圍非常狹窄（A/F12.617）； 低負(fù)荷時(shí)進(jìn)氣節(jié)流損失大，經(jīng)濟(jì)性差； 點(diǎn)火所需的混合氣較濃，傳播速度大，容易暴燃； 汽油機(jī)始終以點(diǎn)火范圍內(nèi)的空燃比工作，熱效率低。如能采用稀混合氣，可提高熱效率。如采用空燃比20和27，將比空燃比14.8時(shí)熱效率分別提高8%和12%。 排氣污染嚴(yán)重。一般汽油機(jī)所需的空燃比正是廢氣排放高的范圍稀薄燃燒汽油機(jī)與傳統(tǒng)汽油機(jī)的性能對(duì)比 但

2、事實(shí)上，當(dāng)過量空氣系數(shù)1.051.15之后，油耗反而增加。這是由于混合氣過稀，燃燒速度過于緩慢，等容燃燒速度下降，補(bǔ)燃增加，熱工轉(zhuǎn)化的有效性下降；燃燒速度下降，混合氣發(fā)熱量和分子改變系數(shù)減小，指示功減小，機(jī)械效率下降；混合氣過稀，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于混合氣分配的均勻性和汽油、空氣及廢氣三者的混合均勻性變得更加敏感，循環(huán)變動(dòng)率增加。如果不解決這些問題，盲目地調(diào)稀混合氣，不但不能發(fā)揮稀混合氣理論上的優(yōu)勢(shì)，反而會(huì)更費(fèi)油。 稀薄燃燒稀薄燃燒按供給方式可分為： 均質(zhì)； 非均質(zhì)。 分層燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒中的非均質(zhì)燃燒是實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的主要方式燃用均質(zhì)稀混合氣的技術(shù)途徑1. 使汽油充分霧化并保證混合氣均勻及各

3、缸混合氣分配均勻。要使汽油充分霧化，可以在預(yù)熱、增加進(jìn)氣流的速度、增強(qiáng)進(jìn)氣流擾動(dòng)、增加汽油乳化度以及使汽油分子磁化等方面采取措施。2. 加快燃燒速度。這是稀燃技術(shù)的必要條件和實(shí)施的基礎(chǔ)。提高燃燒速度的主要措施是組織缸內(nèi)的氣體運(yùn)動(dòng)和提高壓縮比3. 提高點(diǎn)火能量，延長(zhǎng)點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間。高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核的形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度提高，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的分層燃燒技術(shù) 含義：如果在火花塞附近的局部區(qū)域內(nèi)，供給適宜點(diǎn)火的濃混合氣（=0.80.9），而在其他區(qū)域供給給稀混合氣，這樣可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。在這種情況下，即使采用普通點(diǎn)火系，也能

4、很快地點(diǎn)燃很稀的混合氣。由于混合氣有濃、稀層次之分，燃燒的進(jìn)展也從濃到稀，故把按上述方式工作的汽油機(jī)成為分層燃燒汽油機(jī)。 應(yīng)當(dāng)指出，稀薄燃燒不一定分層。但絕大多數(shù)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)都采用分層燃燒或者分層充氣。 這種兩級(jí)分層燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： 等熵指數(shù)高 可以采用高壓縮比，當(dāng)采用高辛烷值的汽油時(shí)，壓縮比可以提高到1112，因而大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 燃燒溫度低，傳熱損失和高溫分解的熱損失小 排污少分層燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)： 燃燒緩慢，等容度低本田CVCC燃燒系統(tǒng) 本田CVCC（Compound Vortex Controlled Combustion 復(fù)合渦流控制燃燒）系統(tǒng)通過控制燃燒過程來實(shí)

5、現(xiàn)稀薄燃燒。 CVCC在傳統(tǒng)火花塞位置上設(shè)置一個(gè)副燃燒室（預(yù)燃室），并配有一個(gè)副進(jìn)氣門。副燃燒室有兩個(gè)火焰噴孔，孔徑6mm，總面積1.565cm2。本田CVCC系統(tǒng)的工作原理 進(jìn)氣過程： 進(jìn)氣時(shí)，大量稀混合氣和極少濃混合氣由獨(dú)立的化油器分別供給主燃燒室和副燃燒室。副燃燒室中的濃混合氣通過火焰噴孔流到主燃燒室和稀混合氣混合，并形成空燃比梯度（分層進(jìn)氣）。 壓縮過程： 壓縮時(shí)，一部分稀混合氣被壓入復(fù)燃燒室，形成中等濃度混合氣，因此在壓縮終了時(shí)形成：在火花塞周圍是著火性能較好的濃混合氣；在主燃燒室的火焰噴孔附近形成適于火焰?zhèn)鞑サ闹械葷舛鹊幕旌蠚?；在主燃燒室其余部分是很稀的混合氣?著火膨脹過程： 火

6、花跳火時(shí)，副燃燒室內(nèi)濃混合氣可靠著火，形成火焰從噴孔噴出。首先著火的是噴孔附近中等濃度混合氣，然后隨著膨脹過程開始使稀混合氣著火燃燒，這樣使極稀混合氣能被火焰?zhèn)鞑ザ€(wěn)定燃燒。波爾舍SKS燃燒系統(tǒng) 德國(guó)波爾舍（Porsche）的SKS（Schichtlade-Kammer-System）是利用層狀進(jìn)氣實(shí)現(xiàn)稀燃的。 波爾舍公司研究認(rèn)為汽油機(jī)燃燒由三個(gè)階段組成：點(diǎn)火并形成火焰中心；大部分燃料燃燒；后續(xù)燃燒。第一階段要求小部分混合氣由火花塞點(diǎn)燃放熱大于表面散熱，因此點(diǎn)火應(yīng)在穩(wěn)定即沒有渦流的地方；第二階段則需要強(qiáng)烈渦流使燃燒迅速完成；第三階段則需要足夠的過?？諝?。SKS燃燒系統(tǒng)工作原理 SKS與CVCC

7、主要區(qū)別是用燃油噴射泵取代化油器向預(yù)燃室內(nèi)單獨(dú)供給燃油。進(jìn)氣行程，高壓噴射泵將燃料直接噴入預(yù)燃室內(nèi)，壓縮行程主燃燒室內(nèi)稀混合氣一部分進(jìn)入預(yù)燃室，最后形成濃混合氣。 SKS中火花塞置于點(diǎn)燃室中，使火花塞周圍沒有強(qiáng)烈渦流，便于火核的形成。預(yù)燃室內(nèi)為濃混合氣，當(dāng)活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，預(yù)燃室及噴孔附近的主燃燒室部分以等容燃燒，產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流進(jìn)而點(diǎn)燃主燃燒室內(nèi)的稀混合氣（1.53.0）。 主燃燒室內(nèi)混合氣在膨脹行程中幾乎在等溫狀態(tài)下進(jìn)行，爆發(fā)壓力低，NOx排放少，膨脹溫度高，使未燃HC與CO氧化。稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的不足稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的不足根據(jù)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在分層稀薄燃燒到均質(zhì)理論空燃比燃燒過程中，空

8、燃比連續(xù)變化。因此，三效催化轉(zhuǎn)化器不能夠凈化排放氣體中的NOx。這是因?yàn)槿Т呋D(zhuǎn)化器要利用排氣中的HC或CO進(jìn)行NOx還原反應(yīng)的緣故。在稀薄燃燒中，在排放氣體中殘留很多氧氣，不能進(jìn)行NOx還原反應(yīng)。為了使NOx吸儲(chǔ)型催化劑獲得高效功能，其溫度必須保持在250-500范圍內(nèi)。當(dāng)超過這一溫度范圍發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到均質(zhì)理論空燃比燃燒，并通過三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行廢氣處理。然而這又與燃油經(jīng)濟(jì)性下降相關(guān)，為此，必須增加廢氣冷卻裝置。利用這種冷卻裝置，排放氣體通過NOx吸儲(chǔ)型催化轉(zhuǎn)化而被冷卻，由于稀薄燃燒的范圍寬，催化轉(zhuǎn)化器的壽命也延長(zhǎng)。然而，NOx吸儲(chǔ)型催化轉(zhuǎn)化器會(huì)受到硫侵蝕而中毒，所以必須把汽油中的含硫量盡量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到處能供應(yīng)的。大眾汽車公司采取的措施是，把催化劑反應(yīng)溫度提高到650以上，從而把附著在催化劑上的硫通過燃燒而加以消除。在高速行駛時(shí)，能夠保持這樣高的催化劑溫度，但是，在城市內(nèi)行駛時(shí)則催化劑溫度下降，就不能燒除附著在催化劑的硫。為此，通過NOx傳感器監(jiān)視硫附著在催化劑上的程度，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況提高排放氣體的溫度。作為其措施