分层燃烧.doc

燃料与燃烧论文

题目：分层燃烧

班级：20110316

姓名：杜富全

学号：2011031604

指导老师：周松

摘要：分层燃烧是以改善燃料的燃烧为主要目的，对于燃料添加方式的一种改进思路衍生出的多种技术，分别对应不同的燃料和燃烧环境。本文主要以FSI 发动机分层燃烧他优势为例来解释分层燃烧的特点。

关键词：分层燃烧 FSI 发动机 燃料燃烧

分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量。分层燃烧模式下节气门不完全打开，保证进气管内有一定真空度（可以控制废气再循环和碳罐等装置）。这时，发动机的扭矩大小取决于喷油量，与进气量和点火提前角关系不大。

分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气歧管中安置一翻版，翻版向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气歧管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。

分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。分层燃烧的空燃比一般在1.6-3之间。

点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。

均质稀燃模式混合气形成时间长，燃烧均匀，通过精确控制喷油，可以达到较低的混合气浓度。均质稀燃的点火时间选择范围宽泛，有很好的燃油经济性。 ㊣ 均质稀燃与分层燃烧的进气过程相同，油气混合时间加长，形成均质混合气。燃烧发生在整个燃烧室内，对点火时间的要求没分层燃烧那么严格。均质稀燃的空燃比大于1。

均质燃烧则能充分发挥动态响应好，扭矩和功率高的特点。均质燃烧进气过程中节气门位置由油门踏板决定，进气歧管中的翻版位置视不同情况而定。当中等负荷时，翻版依然是关闭的，有利于形成强烈的进气旋流，利于混合气的形成与雾化。当高速大负荷时，翻版打开，增大进气量，让更多的空气参与燃烧。均质燃烧的喷油、混合气形成与燃烧和均质稀燃模式基本一样。均质燃烧情况下空燃比小于或

等于1。 以上三种燃烧状态是FSI 发动机特有的燃烧控制模式，但其中有些方面还停留在理论优势方面。现在奥迪在全球发布的FSI 发动机还都采用均质燃烧模式，这不是说分层燃烧不可实现，而只是说分层燃烧实施的成本或时机还不成熟。主要表现在分层燃烧用稀混合气，提高了缸内温度也提高了氮氧化物这样的有害排放物。对于稀混合气，普通的三元催化器很难把氮氧化物转换干净，那么需要额外的降低氮氧化物的催化转换器，无疑加重了空间和成本的负担。另外，现阶段高硫含量的汽油对此催化器损害很大，因此还有改造炼油设备，提升燃油品质的成本。

没有了分层燃烧会不会让FSI 发动机的原有优势荡然无存？答案是否定的。即使没有应用分层燃烧，FSI 发动机还有能提升压缩比，降低燃烧残油量的特点。FSI 发动机采用缸内直喷，汽油在缸内蒸发产生内部冷却效果，这样就降低了爆震的可能性，可适当提升压缩比。而进气涡旋与气门正时的配合能使没燃烧的残油得到良好的再利用。这样，FSI 发动机仍能在提高动力，降低油耗方面有较大的作为。

FSI 发动机产生的效果可以从奥迪公司公布的发动机指标看出来。以3.2升FSI 和4.2升FSI 为例，对比的机型分别是以前的3.0升和4.2升汽油机。功率上，3.2升FSI 发动机是257马力，比原机型的218马力提升了39马力，4.2升FSI 发动机的350马力比原机型的335马力提升了15马力；在最大扭矩上，是3.2升FSI 的330牛米对原机型的290牛米，4.2升FSI 的440对原机型的420牛米。

FSI 主要优势在：

1、燃烧热效率一般可以提高8-12%左右。

2、炉渣含炭量可以降至10%左右。

3、提高煤种适应性。

4、改造后锅炉可以满负荷运行。

5、升温升压快，点火方便。

6、故障率低，使原来烧损挡渣器、侧密封烧煤斗的现象从根本上消除。

7、消除因重力作用造成的炉排进煤斗时而形成的两侧块多，中间煤粉多的不均匀给煤状态，达到均匀布煤并分层。

8、改造费用适宜，回收成本快，基本上半年之内收回成本。

“分层燃烧”的特点与优点、难点 1. 分层燃烧的定义是：燃烧是分浓度层次的，燃烧区中心的燃料浓度较高，燃烧区域外围是空气较多，最后的结果是“完全燃烧!? ”。

2. 要求在点火瞬间，火花塞电极处燃汽的浓度正好，以便可靠点火。其他区域有些偏差不要紧; 但多年来最难做到的也就是这一点!! 。

3. 在发动机“小油门”或怠速时，气缸内只要求在火花塞区域有一点点浓郁燃汽，其他区域都是新鲜空气，可以实现燃油完全燃烧干净。

4. 因燃烧到最后的结果是含氧空气还有多余，燃烧可以完全透彻，所以发动机燃油效率极高，常规发动机的不良燃烧污染物也几乎没有。

5. 送进气缸里的燃油雾化自然是越细越好，但浓度范围比常规发动机所用的燃油浓度比例大些，这样对“化油器”的调整要简单好办些。

6. 因为在“小油门”时有多余的空气将燃烧区域与缸壁、活塞隔开，所以发动机受热不是很严重，发动机作功效率因散热少而有所提高。

7. 多数“分层燃烧”的发动机结构是用喷咀对准火花塞喷射雾态燃油，在一点火小室内实施高浓度燃料的点火，而后再扩散燃烧到全部。

8. 不使用大量匀质燃汽，不用担心有大规模燃汽受压爆燃事故，故发动机压缩比可以提高，这对于平时提高发动机的做功效率很有好处。

9. 这类燃烧方式与常规发动机相反，小油门时极端节油状态特好，适应了多数车辆平时多用小油门，偶尔才使用大油门的实际使用状况。

10. 因缸内不全是充满匀质燃汽，所以发动机的“升功率”略微低些，但排量的增加和散热系统的减少，发动机的总重量基本上应差不多。

“分层燃烧”的目的是合理应用“气多油少”的安排，将油料的燃烧进行的完全彻底，所以在发动机中实施分层燃烧一定是以“气多油少”为基本布局。最难最关键的一点是：局部燃汽的浓度要迁就电

火花的点火，只要能点着火，其他部分的燃料可多可少就是“油门大小”。

在气流激烈的气缸内实施浓度正好的点火，有点类似在大风天将一杯燃油泼向十米外一根瞬间点燃的火柴，有点难度。除了点火难题外，还有许多其它方面的技术问题; 几十年来海外已经实验了不少的设计结构，但至今还没有出现理想完美标准结构的发动机，其难度由此可见一般。