概述汽油机稀薄燃烧发展进程
概述汽油机稀薄燃烧发展进程
摘要：本文介绍了汽油机稀薄燃烧的新技术--汽油机缸内直喷技术、均匀充量压缩着火技术，分析了它们的工作原理、特点和研究发展的空间。提出了未来车用发动机的发展关键是提高发动机的能量利用效率，提高动动力性和降低污染物的排放。
关键词：稀薄燃烧；缸内直喷；均匀充量压缩着火技术
环保和节能是当今全球汽车行业无法回避的两大主题。在全球能源消费结构中，石油、天然气和煤炭等化石能源依然占主要地位，其中，石油在交通和工业终端用能上继续保持统治地位。“十一五”计划后，我国的汽车保有量有可能从目前的3000万辆增长到5000万辆，能源形势将更为严峻。而同时，人们日益增强的环保意识和越来越严格的排放法规也对发动机提出了新的要求。针对当前的严峻形势，在内燃机领域，如何提高燃料的能量利用率以达到节能的目的和降低排放是研究的热点。近些年最具代表性的技术有缸内直喷式汽油机技术（GDI ）、均匀充量压缩着火技术（HCCI ）。
受汽油的辛烷值和爆震燃烧等因素的限制，汽油机只能采用较低的压缩比，造成发动机的热效率较低；汽油机缸内燃烧属均质预混合燃烧，燃烧的温度高，火焰传遍整个燃烧室的时间长，因而燃烧过程产生了较多的NOx ，和不完全燃烧产物CO 和HC 。另外，由于汽油机需要用节气门控制进气量来调节发动机的功率，部分负荷时的泵气损失增加使发动机的有效热效率进一步降低。柴油机的缸内燃烧属燃料在高温下的自燃，尽管柴油机燃烧的平均空燃比在2.3以上，燃烧室内气体平均温度也较低，在1200～2000K 之间，但由于燃料与空气的混合严重不均，而燃烧的局部可以认为仍然是以化学计量比为1的燃烧过程，火焰温度可高达2700K 。燃烧过程存在着已燃高温区、高温火焰区和未燃高温过浓区，已燃高温区有利于NOx 生成，而在高温燃料过浓区，又由于缺氧而大量生成碳烟，柴油机的非均质燃烧特性使排放降低变得非常困难。
1. 汽油缸内直喷（gasoline direct injection）发动机
GDI 技术在20世纪30年代由德国最先开发，受当时内燃机技术水平的限制和尚未有电控喷射手段等原因，开发的发动机性能和排放并不理想，因而没有得到实际的应用。20世纪90年代以后，制造精密、性能优良的内燃机部件的应用和精度高、响应快的电控手段的开发，促使缸内直喷汽油机的研究得到长足的发展。
发动机采用分层稀燃（稀薄燃烧）方式工作，则能够大大降低机内生成的CO 、HC 和NOx 排放。由于燃料燃烧比较充分，同时燃烧温度也有所降低，所以CO 、HC 和NOx ，有害排放都减少。稀燃时的混合气和燃气的比热容较小，压缩指数n 升高，再加上进气节流造成的泵气损失减少，因而，能够提高发动机的热效率，改善发动机的燃油经济性。