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2023-08-23
分层进气发动机的优化设计
【摘要】：分层进气发动机的工作原理：在火花塞附近供给可燃混合气，在燃烧室内供给稀薄混合气，总体上在稀薄混合气状态进行燃烧。为了解决这个缺陷，分层进气发动机气缸内的混合气并不全部为均匀混合气，而仅在火花塞附近为理论空燃比混合气的方式。其他分层进气发动机有IFP方式、布罗德森方式、福特缸内直喷燃烧方式等。分层进气发动机的优点：①能宽范围控制燃烧，因此可大幅度降低有害废气的排放量。
分层（或成层）进气发动机是日本本田公司于20世纪70年代开始研发的符合马斯基法的发动机，于1973年成功开发了具有划时代意义的CVCC（复合涡流控制燃烧）发动机。此发动机为现在汽油稀薄燃烧发动机或直喷式汽油机的始祖。
分层进气发动机的工作原理：在火花塞附近供给可燃混合气，在燃烧室内供给稀薄混合气，总体上在稀薄混合气状态进行燃烧。传统的汽油机要进行预混合燃烧，因此燃料与空气提前均匀混合后进入到气缸内。这种方式如果吸入比理论空燃比（14.7）更大的空燃比混合气，例如气缸内进入超过可燃范围界限22以上空燃比的稀薄混合气，就不能点火燃烧。为了解决这个缺陷，分层进气发动机气缸内的混合气并不全部为均匀混合气，而仅在火花塞附近为理论空燃比混合气的方式。
分层进气方式的目的：汽油机的输出功率不以节气门供给的混合气量进行调节，而与柴油机相同，以燃料供给量的控制来调节输出功率。分层进气发动机分为在副燃烧室内喷射燃料的分层进气方式和在主燃烧室内喷射燃料的分层进气方式。
本田公司开发的CVCC采用的是在副燃烧室内喷射燃料的方式，发动机如图1-11所示，由安装有火花塞的副燃烧室和主燃烧室构成。将燃料喷射到副燃烧室内的方式，虽然与副燃烧室式柴油机相似，但是在副燃烧室混合气供给通道上设置专门的进气门，利用节气门控制空气-燃料混合气的进气分层，燃烧时刻由点火正时进行控制。在压缩行程中，主燃烧室内形成稀薄混合气，副燃烧室内形成浓混合气，并在副燃烧室中用火花塞点火，火焰通过连接通道传播到主燃烧室，以使主燃烧室的稀薄混合气完全燃烧。
主燃烧室内喷射燃料的分层进气方式分为德士古燃烧方式（TCP）和福特燃烧方式（FCP）。这两种方式均为利用遮蔽进气门在燃烧室内形成进气涡流的类型，但不同的是前者为利用屏蔽气门的类型，后者为在气门向后退出现的进气道壁上设置壁屏蔽的类型。这两种类型均在压缩冲程末期喷射燃料并利用火花塞点火，燃烧阶段为强制性利用涡流搅拌空气和燃料混合并进行燃烧。其他分层进气发动机有IFP方式、布罗德森（Broderson）方式、福特缸内直喷燃烧（PROCO）方式等。
分层进气发动机的优点：
①能宽范围控制燃烧，因此可大幅度降低有害废气的排放量。
图1-11 本田的CVCC
②无节流损失，因此效率提高。
③可以在汽油机上应用，也可以在柴油机上应用，由此可以形成燃料的多样化。
④无爆燃的发生，因此可以做到高压缩比。
⑤在非常稀薄的混合气状态也可以运行。
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2023-06-26
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