汽油机均质稀薄燃烧与二次喷油研究

潍坊工程职业学院 刘海亮 郇新

1 概述

传统的混合气形成方式是进气气流的冲击力把燃油油滴打散在气缸之外，混合气在气缸之外就已经形成，然后已经形成的混合气经过进气总管逐个的再次分配到进气歧管中，最终混合气在气缸中得以燃烧，由此我们可以看出，燃油是在气缸之外喷射的。而二次喷油技术和稀薄燃烧则是把燃油经过喷油器直接喷在气缸中，强大的进气冲击力在气缸内把燃油打散，形成稀薄不等的混合气，进而实现燃烧。

2 均质稀薄燃烧的原理

混合气进入气缸后并非我们想象中的“一锅粥”的情况，而是类似“千层饼”一样，一层一层分开的，这种分层燃烧的情况跟进气的力度、气缸的温度、气缸的结构形式有很大关系。一般情况下，这种分层是比较明显的，即火花塞附近的混合气比较浓，然后距离火花塞越远的区域混合气逐渐变稀。但是当发动机转速比较低（比如怠速状态下）或者负荷比较大（比如满载爬坡时）的时候，火花塞附近的浓混合气因为得不到充足的氧气而不能完全燃烧甚至会出现熄火的情况。此外由于最外层的混合气浓度过低，其平均浓度有可能比常理状态下的稀混合气浓度还要低，此时燃烧就会产生过多的废气（比如HC等）。产生以上两种不良情况的原因是由于整个气缸内混合气的分层度过高，换句话说就是分层界限太明显所造成的，当然这并不是我们的理想方案。于是便出现了另外一种燃烧方式——均质混合气稀薄燃烧，这种燃烧方式区别于传统的燃烧方式，传统的燃烧方式是“一锅粥”的燃烧，即只要条件允许整个燃烧室内的混合气同时燃烧，同时产生能量。而均质混合气稀薄燃烧则是先允许火花塞附近的浓混合气燃烧，进而一步一步引燃到外层的混合气，最终实现整个气缸内混合气的燃烧。由此可以看出这种燃烧方式只有一个火源就是火花塞附近的浓混合气。用一个火源，源源不断地引燃外层混合气，既避免了多种火源的存在而引发爆震现象，又可以使外层的稀混合气得以充分的燃烧，显然这是一种比较理想的燃烧方式。要实现这种均质稀薄燃烧，混合气的形成是关键因素。实践证明，二次喷射以一种较灵活的供油方式，比较成功地解决了这一问题。

3 二次喷油的原理

传统的化油器发动机是无法实现二次喷油的，二次喷油只能实现在直喷发动机上。二次喷油的理论是把一个喷油过程分成两个阶段，第一个阶段在进气形成之前喷射，第二个阶段是在进气过程中喷射。第一个阶段要求喷射的时间掌握在进气门开启之前，此次喷油的目的是形成均质混合气，也就是外层的稀混合气。这次的喷油量占整个一次喷油量的绝大部分，其混合气形成的能量来自于高温的气门口，由于这次喷油的时间长所以雾化的效果好。第二次喷油时间掌握在进气过程中，严格来说是当活塞速度最大、气缸内温度最高时喷射，因为这次喷射的目的是在火花塞周围形成少量的浓混合气，速度高于燃油可以高速的冲破第一次稀混合气的“包围圈”直接到达“目的地”，从而减少了不必要的浪费。当第二次燃油喷射到位后，火花塞正好点火，由此就可以实现“以浓带稀”的理想效果。由此可以看出在整个喷油过程中出现了一个喷油的间断点，就是第一次喷油和第二次喷油之间的时间，这个时间要求很短（不到1ms）,如此短暂的时间，稍控制不准就有可能出现偏差，进而影响整个喷油过程。现代电控技术的不断改造升级为实现这一要求提供了强有力的技术保障。一般说来，普通的喷油器在发动机工作的转速范围内实现每循环（720°CA期间）喷油两次是没问题的。每循环内二次间隔为360°CA的燃油等量喷射是简单的二次燃油喷射方式，可看作是独立燃油喷射方式在发动机每循环内工作两次。从控制角度来看，二次燃油喷射方式不过是在独立燃油喷射方式的基础上增加了一个分配两次燃油喷射量的参数，这在控制软件上是很容易做到的。

[1]钱耀义.汽车发动机的电控汽油喷射技术.人民交通出版社,1996.1.

[2]何文华等.电控汽油喷射发动机的研究.内燃机工程，1994.03.

[3]史绍熙.汽车发动机燃烧技术的新进展.燃烧科学与技术，2001，7.