汽车发动机直喷稀燃技术应用分析

张东升 武志平

(1.华北电力大学，河北 保定 071000;2.保定职业技术学院，河北 保定 071000)

日益严重的环境和能源问题，使得人们在追求车用汽油机良好动力性的同时，也对汽油机的燃油经济性和排放提出愈来愈高的要求。为此，近年来世界各国研究、开发了许多发动机新技术。其中汽油机缸内直喷稀燃技术无论在节能方面还是在降低排放方面效果均十分明显，已成为车用汽油机一个十分重要的发展方向。

一 汽车发动机直喷稀燃技术及其工作原理

1.汽车发动机直喷稀燃技术的概念

FSI是FuelStratifiedInjection的缩写。意指燃油分层喷射，是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术[1]。FSI技术是指改变传统的汽油机通过从进气管中将燃油与空气混合的燃油供给系统的供油方式，而采用像柴油机一样的，通过喷油器直接将汽油往气缸内喷射的供油方式[2]。分层燃烧的真正目的是可以实现较稀混合气的点燃，而设计缸内直喷的主要目的则是为了实现稀薄燃烧，缸内直喷技术伴随着稀燃技术是相辅相成、密不可分的。而发动机的稀薄燃烧技术就是为了让气缸内的混合气更加充分的燃烧，使尽可能多的热能转变为机械能，提高热效率，达到减低油耗和排放的目的。

2.汽车发动机直喷稀燃技术的工作原理

采用直喷稀燃技术的发动机是利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道(共轨)到达电磁控制的喷油器。在进气道中产生可变涡流，使得进气流以最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使较浓的气体聚集于火花塞的周围，正常情况下，如此稀薄的气体时不可能被点燃的，故采用以中间点火带动周围点火的使整个气缸燃烧的方式，浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层[3]，使其点燃做功。

二 汽车发动机直喷稀燃技术特点

1.汽车发动机直喷稀燃技术的优点

采用燃油直喷稀燃技术的发动机，发动机能够在火花塞点火之前把汽油以较高的压力直接喷射到燃烧室，同时在ECU的精确控制下，使混合气体能够实现分层燃烧。这种技术可以让靠近火花塞周围的混合气相对较浓，远离火花塞周围的混合气相对较稀，从而更有效的实现“稀薄”点火和分层燃烧。并且由于不用加热进气就可以使汽油得到充分挥发而提高了进气充量，减小了进气气阻。采用缸内直喷技术的汽油机的过量空气系数可以调节稀薄的状态，从而能够将内燃机的热效率提高20%[3]。而不会对发动机性能造成负面的影响。采用直喷技术后，燃油以细微滴状的薄雾方式进入汽缸，而不是以蒸汽的方式。这也就意味着当燃油雾滴吸收热量变为可燃蒸汽时，实际上对发动机的汽缸起到了冷却的作用，另外比原有的进气道式汽油发动机获得了更多的进气量，使缸内气体燃烧的更为彻底，减少了大量由于燃烧不充分形成的有害气体，提高汽车排放性。

2.汽车发动机直喷稀燃技术的缺点

FSI同时也要面临PFI(PortFuelInjection的缩写，意指进气口燃油喷射)所没有的困难。如在要求的工作范围内如何对分层燃烧进行有效的控制，确定怎样的喷油控制策略来保证较好的负荷切换，以适应于FSI发动机的喷油器设计，解决小负荷时HC排放过高，大负荷时NOX排放过高并有碳烟形成，及由于汽油自润滑性差导致的燃油喷射系统和缸壁磨损等，这些是FSI开发中常遇到的困难。此外，原有的三效催化转化器不适用于FSI，需要开发专用的稀燃NOX催化转化器[5]。

三 应用情况分析

1.国外汽车发动机直喷稀燃技术的应用情况

国外版本的FSI发动机代表的缸内直喷稀燃技术已经相当成熟，并已广泛应用于各种车型，而且成了一些厂家的标准配置。汽油机缸内直喷稀燃技术以其的高动力性高燃油经济性及低的排放在欧美国家已引起足够的重视，像以德国为代表的发达国家这项技术几乎可以说已经得到了普及。

2.国内汽车发动机直喷稀燃技术的应用情况

国内版本的稀燃发动机，并没有像国外发展的那样成熟，实现发动机的稀薄燃烧具有很高的技术难度。比如，油泵、油嘴、活塞等，在这些方面没有过硬的技术，稀薄燃烧是不可能实现的。另外，稀薄燃烧发动机采用的是超高压缩比技术，这就对燃油清洁度提出了极其严格的要求，我国现阶段的炼油水平在一定程度上也制约着稀燃发动机的发展。即便大众引进了稀燃发动机(FSI)，它为了迎合中国市场的需求，大大降低了压缩比，严格意义讲，它不能算是真正意义上的稀燃发动机。对于我国来说，这不得不说是个遗憾。但是，令人可喜的是我国有多家发动机厂已经研制出直喷发动机了。例如，上汽集团的荣威950、北京现代索纳塔八，只不过先进性上有一些差距，这个差距主要体现在是否能够实现稀薄燃烧上，国内的直喷主要停留在了均质燃烧这个层次上面，并没有实现分层燃烧，没有实现分层就不会实现稀薄燃烧。据可靠调查数据显示，没有分层稀薄燃烧技术的直喷发动机，并不能带来多大的燃料节省。

四 结语

直喷稀燃技术是未来汽车发动机发展的方向，前景广阔。我国现阶段的发动机直喷稀燃技术发展存在诸多瓶颈，如开发技术落后、实验平台落后、制造装备比较落后、这些因素严重阻碍了汽车稀燃技术的发展，对于我国来说目前迫切任务是改变现有的不够先进的研发水平和装备水平，加强自我研发的力度，这样才能使我国发动机各项技术上一个更高的台阶。

[1]原田(译).直喷汽油机的发展[M].SAEpaper970540.

[2]黄喜鸣.浅谈汽油机稀燃层燃技术[J].装备制造技术，2006(4):174－175.

[3]蒋坚，高希彦.汽油缸内直喷式技术的研究与应用[J].内燃机工程，2003，(5):39—44.

[4]王志，张志福，杨俊伟等.均质压燃发动机研究开发新进展车用发动机，2007(3):1－7

[5]思凡特(译).FSI发动机的诊断技术[R].FISITA 工程师协会，2010(5).17 －16

[6]汪云青.汽油发动机新生—FSI直喷式发动机技术[J].技术前沿，2006(6):18 －19