从FSI说说稀燃发动机技术的发展-爱卡汽车网论坛

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发表于 2008-07-30 13:05 IP属地：未知

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从FSI说说稀燃发动机技术的发展

什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。
其实，在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。面对21世纪70年代初欧美国家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。这种由丰田及本田公司发明的燃烧方式由于从副燃烧室喷出火焰会造成热能损失，稀混合气发动机改进对油耗的效果不明显。

从那以后，随着进气口的改进，气缸内旋涡生成技术的进步，由通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后搞成的开口式燃烧室可以形成比带副燃烧室还好的稀薄混合气燃烧，并且随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。80年代中期，丰田正式使稀混合气发动机（T－LCS）产品化，三菱、本田也相继将其产品实行产品化。

进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。

比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:1。
它采用立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注器的作用下，压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。
这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。

大众的直喷汽油发动机（FSI），则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。

本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。这款取名为VTEC－i2.0升发动机将比一般本田发动机省油20%，其特点是将VTEC技术与稀燃技术相结合，也是当低转速时令其中一组进气门关闭，在燃烧室内形成一道稀薄的混合气体涡流，层状分布集结在火花塞周围作点燃引爆，从而起到稀薄燃烧作用。

综上所述，汽车汽油发动机实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面：

一、提高压缩比
采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。

二、分层燃烧
如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物（NOx），现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

三、高能点火
高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。

以上三点只是对整体汽油发动机稀燃技术而言，具体到某种机型会有所偏重。因为各种汽油发动机稀燃方式的技术措施不完全一样，甚至同一部发动机在不同的工况下稀燃方式也会不完全一样。有些着重缸内气流运动及燃油分布的配合，重点在分层燃烧。有些着重加大点火能量、增快火焰传播速度和缩短火焰传播距离，重点在高能点火。

但是！

如上所述，根据FSI发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。
因此，三效催化转化器不能够净化排放气体中的 NOx。这是因为三效催化转化器要利用排气中的HC或CO进行NOx还原反应的缘故。
在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。
为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能，其温度必须保持在250-500℃范围内。
当超过这一温度范围发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化转化器进行废气处理。
然而这又与燃油经济性下降相关，为此，必须增加废气冷却装置。利用这种冷却装置，排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却，由于稀薄燃烧的范围宽，催化转化器的寿命也延长。
然而，NOx吸储型催化转化器会受到硫侵蚀而中毒，所以必须把汽油中的含硫量尽量降低到最少。但是，如前所述，含硫低的汽油不是到处能供应的。
大众汽车公司采取的措施是，把催化剂反应温度提高到650°以上，从而把附着在催化剂上的硫通过燃烧而加以消除。

在高速行驶时，能够保持这样高的催化剂温度，但是，在城市内行驶时则催化剂温度下降，就不能烧除附着在催化剂的硫。
为此，通过NOx传感器监视硫附着在催化剂上的程度，根据监测情况提高排放气体的温度。作为其措施，一般采用点火正时延迟，尽管这样做会引起燃油经济性恶化，但是为了净化处理NOx，这是不得已而为之。

由于稀燃技术的使用，导致尾气的处理复杂，增加很多成本，所以国外已经开始取消稀燃了。

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发表于 2008-07-30 13:49 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 13:45 发表

发动机燃烧理论是发动机中最复杂的理论!
尾气排放不合格的关键问题是燃烧不充分产生的有害物质，理论上说空燃比有一个合理的范围。
分层燃烧并不一定非要达到稀薄的程度，只有控制好火花塞周围的稠与远离 ...

呵呵，分层燃烧就是稀燃技术的一种，只要是稀燃技术，就会有氮氧化物的问题，就需要高成本来解决。
而且，分层燃烧对油品要求很高，中国本土的汽油估计无法达到要求，所以国内的被直接阉割。
而国外，也因稀燃导致尾气处理成本太高，而开始放弃。
所以，不是解决不了，而是成本太高，车价太高。

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发表于 2008-07-30 13:59 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 13:57 发表

错！稠燃一样存在这个问题，甚至更严重！

普通燃烧，通过三元催化装置就可以解决大部分的氮氧化物。
而稀燃，由于含氧量过高，导致三元催化必须要特殊处理，虽然也能达到环保标准，但付出的成本要比普通燃烧高很多！

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发表于 2008-07-30 14:01 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 13:55 发表

谁敢说欧洲的排放标准比中国甚至是别的发达国家差？那为虾米FSI在欧洲所向劈泥那？又为虾米2。0TFSI获得了世界最佳发动机称号那？
技术呀！这就是你达不到的人家可以达到！
既然80年代日本和欧美都 ...

呵呵，我不是说FSI差，而是FSI带分层燃烧的成本太高！！！
最佳发动机的评比是不考虑成本的！

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发表于 2008-07-30 14:12 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 14:08 发表

估计现在坛子里面对2。0TFSI研究的比较透的几乎没有，这个成本到底有多高谁知道？
分层燃烧到实用阶段本身就是先进技术，他是系统成本高！决不仅仅是解决排放这个问题带来的发动机成本高！
难道取 ...

哈，说到取消分层的FSI，成本到底能降低多少，这个估计只有德国大众心里清楚！
但，我觉得，取消分层燃烧的FSI，排气系统可以和普通汽油车一样，不用像上面说的那么复杂，这样就可以降低成本。
分层燃烧的目的就是省油，而为了达到排放标准而延后点火正时，又造成费油，这一省一费，好像没省下多少，反而增加了不少成本。

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发表于 2008-07-30 14:15 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 14:08 发表

估计现在坛子里面对2。0TFSI研究的比较透的几乎没有，这个成本到底有多高谁知道？
分层燃烧到实用阶段本身就是先进技术，他是系统成本高！决不仅仅是解决排放这个问题带来的发动机成本高！
难道取 ...

说到稀燃技术进入实用阶段，估计小日本还是比德国鬼子早！
而且，这技术也不是近两年才出来的，也不算高科技了。

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发表于 2008-07-30 14:19 IP属地：未知

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原帖由 水坝塌方 于 08-07-30 14:13 发表

这样神奇的三元催化器为虾米GG早期的都有而且也不是分层燃烧的 2。0/1。6 5V的排放标准是欧2， 1.8 5V 是欧3！
没有解决问题呀！

哈，你要是抬杠，我就跟你抬到底

这个神奇的三元催化器，是跟着不断提高的排放标准走的。
欧洲也不是一开始就施行欧4标准。
三元催化器要利用排气排气中的HC或CO进行NOx还原反应，而在稀薄燃烧中，在排放气体中残留很多氧气，不能进行NOx还原反应。所以稀燃技术的三元催化装置和普通的不一样！
[ 本帖最后由 GOLF-Rabbit 于 08-07-30 14:21 编辑 ]