稀薄燃燒技術稀燃發(fā)動機為什么要研究稀燃發(fā)動機降低CO2排放提高熱效率稀燃技術發(fā)展70年代80年代90年代典型稀薄燃燒技術均質稀混合氣燃燒分層稀混合氣燃燒混合燃燒稀薄燃燒關鍵技術提高壓縮比分層燃燒高能點火稀燃系統(tǒng)控制空燃比閉環(huán)噴油時刻點火正時稀薄燃燒發(fā)動機實例Honda2.0LDOHCI-VTECI發(fā)動機什么叫稀薄燃燒空燃比是指在發(fā)動機進氣沖程中吸入氣缸的空氣與燃油（汽油）質量之比，一般來說汽油空氣比例為14.7:1在帶有三效催化轉化器的發(fā)動機中，發(fā)動機必須調整到理論空燃比14.7∶1。在部分節(jié)氣門開啟時，一般發(fā)動機以較稀薄的混合氣，即空燃比在15～16∶1范圍內運轉稀燃發(fā)動機空燃比A/F＞16，過量空氣系數α＞1.22稀薄燃燒只是在部分負荷工況范圍實行稀薄燃燒，啟動、怠速、加速和全負荷都不能實行稀薄燃燒。為什么要研究稀燃發(fā)動機目前世界各國均面臨著溫室效應引發(fā)的全球氣候變暖，以及石油資源漸趨枯竭的雙重壓力將過量空氣系數從λ＝1左右提高到且遠超過1.1的水平，可以降低發(fā)動機油耗并改善CO2排放稀燃技術發(fā)展70年代由豐田及本田公司發(fā)明由稀混合氣運行，用氧化催化劑凈化排氣的方法，采用了一種帶副燃燒室的發(fā)動機由于從副燃燒室噴出火焰會造成熱能損失，稀混合氣發(fā)動機改進對油耗的效果不明顯80年代隨著進氣口的改進，氣缸內旋渦生成技術的進步，由通用、福特、豐田、本田、日產等汽車公司先后搞成的開口式燃燒室可以形成比帶副燃燒室還好的稀薄混合氣燃燒，并且隨著進氣口燃料噴射技術的發(fā)展和稀混合氣傳感器技術的開發(fā)，精密控制空燃比已成為可能。豐田正式使稀混合氣發(fā)動機（T－LCS）產品化，三菱、本田也相繼將其產品實行產品化。90年代三菱汽車公司研制出來的缸內直噴技術使稀燃技術又進了一步。各大公司都擁有自己的稀燃技術，其共同點都是利用缸內渦流運動，使聚集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點燃后迅速向外層推進燃燒，并有較高的壓縮比。典型稀薄燃燒技術均質稀混合氣燃燒：這種燃燒方式主要是通過提高壓縮比、改進點火系統(tǒng)以及加強混合氣的紊流等來實現的。有代表性的幾種均質稀混合氣燃燒系統(tǒng)有梅型火球燃燒室、射流燃燒室等。MAN燃燒室射流燃燒室典型稀薄燃燒技術分層稀混合氣燃燒：主要是通過控制混合氣的濃度分布來實現的，其在火花塞附近混合氣比較濃，空燃比約為12～13，保證可靠的點火，在其余大部分區(qū)域混合氣較稀，空燃比在20以上。分層充氣系統(tǒng)可分為三種直噴式分層燃燒系統(tǒng)，如Texaco公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本SatoshiKato等人提出的OSKATCCS燃燒系統(tǒng)典型稀薄燃燒技術分隔式燃燒室分層燃燒系統(tǒng)，如本田公司的CVCC氣缸分為主、副兩個燃燒室，噴油嘴被布置在副燃燒室內，副燃燒室通過數個火焰孔與主燃燒室聯(lián)通，主進氣門和副燃燒室則是分開的設計，在副燃燒室則另設一個較小的進氣門其輔助作用。在發(fā)動機在進氣沖程運轉時，主燃室只負責進氣，副燃室的小型氣門亦處于打開狀態(tài)，單獨霧化噴入副燃室內的汽油；在進入壓縮沖程時，會有少量汽油自然而言的慢慢進入主燃室內，此時主燃室內的物體大多是稀薄的空氣；燃燒沖程時，副燃室先行點火，引燃濃度較大的油氣混合氣，接著再引燃主燃室內的稀薄的油氣混合氣。典型稀薄燃燒技術軸向分層燃燒系統(tǒng)，如美國M.R.Showalter首先提出充量軸向分層的概念，隨后A.A.Quader等人對軸向分層充氣發(fā)動機進行了進一步的研究。三菱公司則推出了基于這一概念的4氣門滾流分層發(fā)動機。天津大學提出的在5氣門發(fā)動機上采用進氣道二次噴射亦很好地實現了該方式的稀燃，并取得了較好的效果。典型稀薄燃燒技術混合燃燒：將發(fā)動機分為高負荷和低負荷區(qū)，在低負荷區(qū)使用分層燃燒，在高負荷區(qū)仍然利用常規(guī)燃燒。1995年三菱公司研制成功的GDI發(fā)動機首次實現了混合燃燒。三菱公司GDI發(fā)動機在低負荷區(qū)的空燃比達到30～40，高負荷區(qū)的空燃比為13～14。稀薄燃燒關鍵技術提高壓縮比采用緊湊型燃燒室，通過進氣口位置改進使缸內形成較強的空氣運動旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快分層燃燒如果稀燃技術的混合比達到25：1以上，按照常規(guī)是無法點燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式高能點火高能點火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短，燃燒速度增快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動機采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達到上述目的。以上三點只是對整體汽油發(fā)動機稀燃技術而言，具體到某種機型會有所偏重。各種汽油發(fā)動機稀燃方式的技術措施不完全一樣，同一發(fā)動機在不同的工況下稀燃方式也會不完全一樣。有些著重缸內氣流運動及燃油分布的配合，重點在分層燃燒。有些著重加大點火能量、增快火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，重點在高能點火。稀燃系統(tǒng)控制進氣渦流比的控制切向進氣道與中性進氣道渦流控制閥（控制渦流比）噴油正時的控制在穩(wěn)定燃燒的稀薄極限前提下，應適當增加噴油正時點火正時的控制混合氣變稀，增加點火正時空氣擾流增加，減小點火正時λ閉環(huán)控制λ為0.8-2.5稀燃極限控制(壓力波動值)稀薄燃燒發(fā)動機實例Honda2.0LDOHCI-VTECI發(fā)動機是Honda第一款實現了65：1超稀薄燃燒的直噴式汽油發(fā)動機；OHCi-VTEC融合了Honda獨創(chuàng)的直噴技術新一代環(huán)保、運動型發(fā)動機2003年，通過融合動力性能優(yōu)異的DOHCi-VTEC發(fā)動機所獨有的中心噴射系統(tǒng)，Honda開發(fā)出了首個汽油直噴發(fā)動機“2.0LDOHCi-VTECI發(fā)動機”，實現了低油耗、清潔尾氣排放，以及高功率性能的高度結合，新一代清潔運動型發(fā)動機面世。

稀薄燃燒發(fā)動機實例新開發(fā)的氣缸內直噴式汽油發(fā)動機“DOHCi-VTECI”，采用了VTEC發(fā)動機的高度智能化版本，可停止氣門動作，并通過VTC對氣門進行最佳控制的“i-VTEC”系統(tǒng)，另外還采用了Honda獨創(chuàng)的中心噴射式的氣缸內直噴系統(tǒng)，更融合了活塞上具有獨特凹槽的模槽活塞等新技術。通過這些技術，實現了空燃比（空氣/燃料的重量比率）65：1的超稀薄燃燒，這遠遠高于以往包括EGR（廢氣再循環(huán)）直噴發(fā)動機在內的40:1的空燃比，在實現動感行駛的同時達到了低油耗。

同時這款超稀薄燃燒直噴發(fā)動機通過高精度EGR氣門的燃燒控制系統(tǒng)，及新開發(fā)的高性能觸媒的應用，達到了“比2010年尾氣排放標準降低50%”的排放水平。稀薄燃燒發(fā)動機實例從直觀上看，該系統(tǒng)與以往的汽油直噴發(fā)動機的區(qū)別就在于，以往的發(fā)動機是從氣缸斜上方噴射，該系統(tǒng)是在氣缸中央安裝一個噴射器，垂直向活塞噴射燃料。為了預防燃料粘在氣缸側壁，同時不改變活塞位置，使燃料能經常朝著活塞上面的凹槽噴射，將噴射時間設定為自由噴射，實現了最佳