汽油機(jī)均質(zhì)稀薄燃燒與二次噴油研究

濰坊工程職業(yè)學(xué)院 劉海亮 郇新

1 概述

傳統(tǒng)的混合氣形成方式是進(jìn)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(jīng)形成，然后已經(jīng)形成的混合氣經(jīng)過進(jìn)氣總管逐個(gè)的再次分配到進(jìn)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(shù)和稀薄燃燒則是把燃油經(jīng)過噴油器直接噴在氣缸中，強(qiáng)大的進(jìn)氣沖擊力在氣缸內(nèi)把燃油打散，形成稀薄不等的混合氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃燒。

2 均質(zhì)稀薄燃燒的原理

混合氣進(jìn)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(jìn)氣的力度、氣缸的溫度、氣缸的結(jié)構(gòu)形式有很大關(guān)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(yuǎn)的區(qū)域混合氣逐漸變稀。但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比較低（比如怠速狀態(tài)下）或者負(fù)荷比較大（比如滿載爬坡時(shí)）的時(shí)候，火花塞附近的濃混合氣因?yàn)榈貌坏匠渥愕难鯕舛荒芡耆紵踔習(xí)霈F(xiàn)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(tài)下的稀混合氣濃度還要低，此時(shí)燃燒就會(huì)產(chǎn)生過多的廢氣（比如HC等）。產(chǎn)生以上兩種不良情況的原因是由于整個(gè)氣缸內(nèi)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(dāng)然這并不是我們的理想方案。于是便出現(xiàn)了另外一種燃燒方式——均質(zhì)混合氣稀薄燃燒，這種燃燒方式區(qū)別于傳統(tǒng)的燃燒方式，傳統(tǒng)的燃燒方式是“一鍋粥”的燃燒，即只要條件允許整個(gè)燃燒室內(nèi)的混合氣同時(shí)燃燒，同時(shí)產(chǎn)生能量。而均質(zhì)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(jìn)而一步一步引燃到外層的混合氣，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)氣缸內(nèi)混合氣的燃燒。由此可以看出這種燃燒方式只有一個(gè)火源就是火花塞附近的濃混合氣。用一個(gè)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(fā)爆震現(xiàn)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(shí)現(xiàn)這種均質(zhì)稀薄燃燒，混合氣的形成是關(guān)鍵因素。實(shí)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(tǒng)的化油器發(fā)動(dòng)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)二次噴油的，二次噴油只能實(shí)現(xiàn)在直噴發(fā)動(dòng)機(jī)上。二次噴油的理論是把一個(gè)噴油過程分成兩個(gè)階段，第一個(gè)階段在進(jìn)氣形成之前噴射，第二個(gè)階段是在進(jìn)氣過程中噴射。第一個(gè)階段要求噴射的時(shí)間掌握在進(jìn)氣門開啟之前，此次噴油的目的是形成均質(zhì)混合氣，也就是外層的稀混合氣。這次的噴油量占整個(gè)一次噴油量的絕大部分，其混合氣形成的能量來(lái)自于高溫的氣門口，由于這次噴油的時(shí)間長(zhǎng)所以霧化的效果好。第二次噴油時(shí)間掌握在進(jìn)氣過程中，嚴(yán)格來(lái)說是當(dāng)活塞速度最大、氣缸內(nèi)溫度最高時(shí)噴射，因?yàn)檫@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(dá)“目的地”，從而減少了不必要的浪費(fèi)。當(dāng)?shù)诙稳加蛧娚涞轿缓?，火花塞正好點(diǎn)火，由此就可以實(shí)現(xiàn)“以濃帶稀”的理想效果。由此可以看出在整個(gè)噴油過程中出現(xiàn)了一個(gè)噴油的間斷點(diǎn)，就是第一次噴油和第二次噴油之間的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間要求很短（不到1ms）,如此短暫的時(shí)間，稍控制不準(zhǔn)就有可能出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響整個(gè)噴油過程。現(xiàn)代電控技術(shù)的不斷改造升級(jí)為實(shí)現(xiàn)這一要求提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。一般說來(lái)，普通的噴油器在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)每循環(huán)（720°CA期間）噴油兩次是沒問題的。每循環(huán)內(nèi)二次間隔為360°CA的燃油等量噴射是簡(jiǎn)單的二次燃油噴射方式，可看作是獨(dú)立燃油噴射方式在發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)內(nèi)工作兩次。從控制角度來(lái)看，二次燃油噴射方式不過是在獨(dú)立燃油噴射方式的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)分配兩次燃油噴射量的參數(shù)，這在控制軟件上是很容易做到的。

[1]錢耀義.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電控汽油噴射技術(shù).人民交通出版社,1996.1.

[2]何文華等.電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的研究.內(nèi)燃機(jī)工程，1994.03.

[3]史紹熙.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)的新進(jìn)展.燃燒科學(xué)與技術(shù)，2001，7.