车用汽油机实现稀薄燃烧的技术措施
基于TRIZ理论的车用汽油机稀薄燃烧技术的应用
基于TRIZ理论的车用汽油机稀薄燃烧技术的应用汽油机是目前汽车上常见的一种发动机，它通过内燃机的方式将汽油燃烧产生的能量转化为汽车的动力。
传统的汽油机在燃烧过程中存在燃烧效率低、污染排放大等问题。
为了解决这些问题，人们开始借鉴TRIZ理论，提出了稀薄燃烧技术来改善汽油机的性能。
这种技术通过改变燃烧的方式和参数，使得燃烧更加充分，从而提高发动机的效率，减少排放污染。
一、稀薄燃烧技术的原理稀薄燃烧技术是基于TRIZ理论提出的一种发动机燃烧技术，其原理主要包括以下几点：1. 提高空燃比：传统的汽油机燃烧时空气和燃料的比例大约是14.7:1，而稀薄燃烧技术通过提高空燃比，使得燃烧室内的空气更加充足，从而使燃料燃烧更加完全，提高燃烧效率。
2. 增加压缩比：稀薄燃烧技术还通过增加压缩比来提高燃烧室内的温度和压力，促进燃料的更充分燃烧。
3. 采用先进的点燃技术：稀薄燃烧技术还采用了先进的点燃技术，例如高能量火花塞和多点点火系统，使得点火更加精准和高效。
二、稀薄燃烧技术的应用稀薄燃烧技术在汽车用汽油机上的应用已经取得了显著的成果，主要体现在以下几个方面：1. 提高燃油经济性：稀薄燃烧技术通过提高燃烧效率和降低内部摩擦损失，使得汽车的燃油经济性得到了显著的提高。
据统计，采用稀薄燃烧技术的汽油机可以节省20%以上的燃油消耗。
2. 减少排放污染：稀薄燃烧技术能够使得燃料更加充分的燃烧，从而减少未燃烧的燃料排放和污染物的生成，大大降低了汽车的环境影响。
3. 提高动力性能：稀薄燃烧技术不仅提高了发动机的燃烧效率，还使得汽车的动力性能得到了提升，加速能力和爬坡能力都有了明显的改善。
三、稀薄燃烧技术的发展趋势在未来，随着汽车工业的发展和环保政策的不断加强，稀薄燃烧技术将会得到更广泛的应用，并且会有以下几个发展趋势：1. 智能化控制：未来汽车将会越来越智能化，包括发动机控制系统也会更加智能化，可以根据不同的工况和需要实时调整稀薄燃烧技术的参数，以达到最佳的效果。
稀薄燃烧技术
首先，稀薄燃烧技术需要很强的点火能量。这一点很好理解，混合 气里面汽油的比例小了，混合气被点燃就需要更大的能量，而i-DSI 发动机采用双火花塞设计，就能很好的满足这一需求。 其次，稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。汽油在混合气中 的比例减小了，对于空气与燃油的混合要求就更高了。如果燃油不 能与空气充分混合，当火花塞点火的时候，遇到混合不均匀的混合 气中汽油更少的部分，点火将更加困难。本田给这款发动机采用了 传统的2气阀设计强的涡流，让汽油跟空气有更多混合的机会。 i-DSI发动机就是通过这些手段解决了稀薄燃烧的基本需求，实现 稀薄燃烧的。由于i-DSI是在普通缸外喷油发动机的基础上开发的， 所以它更注重的是燃油经济性，而对于功率输出，则没有太大帮助。 i－DSI发动机通过燃烧“更稀的混合气”达到同等功率输出的情况 下，燃烧更少的汽油。换句话说，就是让汽油能够更充分的燃烧， 尽可能的让所有的汽油都变成动力释放出来，从而降低燃油消耗。
这对于缸内直喷的发动机来说，问题尤为突出。由于缸内直喷发动机 的压缩比通常会设计得比较高，缸内压力比普通发动机更大，从而更 容易产生氮氧化物。我们都知道柴油发动机排放的氮氧化物通常会比 汽油发动机高出许多，主要也就是因为柴油发动机的压缩比高的缘故。 在无法降低压力的情况下（因为高压缩比是提高发动机效率的必要手 段），要减小氮氧化物的排放只能是通过降低气缸内的燃烧温度。 IDE发动机的EGR废气再循环系统，就是通过把一部分排出气缸的废 气再次引入到进气管内跟新鲜的空气和燃油混合燃烧，来降低燃烧室 的温度的。我们知道，燃烧完的废气是不能再燃烧的，这些废气被引 入到气缸内以后，会占据一部分气缸内的有效体积，这个效果相当于 降低了发动机的排量，这样自然能有效降低燃烧温度，同时排放的废 气自然就降低了。
汽油机稀薄燃烧技术
稀薄燃烧的优势:
热效率随空燃比增加而增加 降低CO、HC和NOx的排放 改善发动机部分负荷性能
当今汽车工业面临的两大问题：环境污染加剧和能源使用过 度。这促使人们开发新的发动机技术。
进气道喷射的汽油机稀燃技术
GDI ：Gasoline Direct Injection即缸内直喷汽油机。 优点：具有优良的燃油经济性和降低排放的潜力 国外情况：目前日本的三菱、丰田、本田，美国的福特、通 用，欧洲的AVL、Bosch等世界著名研究机构与生产企业都开 发了比较成熟的GDI机型和产品。 我国：技术还不太成熟，主要依靠国外技术支持来开发自己的 产品，如奇瑞与AVL公司共同开发的2.0升发动机同时具备以下 技术：TCI(废气涡轮增压中冷)、GDI(汽油直喷)、VVT(可变气 门正时)
• • •
一个螺旋进气道和一个直进气道控制涡流比 一个切向进气道和一个中性进气道控制涡流比 大幅降低进气门升程控制涡流比
绕气缸中心线的进气涡流
绕气缸中心线的进气涡流
进气道喷射的汽油机稀燃技术
进气涡流比电子控制
喷油正时电子控制
点火正时电子控制 稀薄燃烧λ闭环控制 稀燃极限电子控制 NOx排放的控制策略
扭矩调节 变质调节 变量调节
充量 分层 均质
喷油正时 压缩冲程的晚期 吸气冲程的早期
喷油压力 喷油雾化 油束穿透 高 的 好 差 浅 深
GDI电子控制策略
GDI技术的优点及其存在问题
4.1 GDI的优点 4.2 GDI技术存在的问题
4.2.1 排放问题 4.2.2 积炭 4.2.3 催化器问题 4.2.4 功能问题
GDI还减少了燃烧室壁的传热损失。
发动机稀燃技术
发动机稀燃技术稀燃是稀薄燃烧的简称，指发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，空燃比可达25:1，甚至更高。
稀薄燃烧不仅使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气损失，同时辅以相应的排放控制措施，大大降低了汽油机的有害排放物，因此具有良好的经济性和排放性能。
稀薄燃烧可以提高发动机燃料经济性的主要原因是，由于稀混合气中的汽油分子有更多的机会与空气中氧分子接触，燃烧完全。
采用稀混合气，由于气缸内压力低、温度低，不易发生爆燃，则可以提高热效率。
燃用稀混合气，由于其燃烧后最高温度降低，一方面使通过汽缸壁的传热损失较小，另一方面燃烧产物的离解损失减少，使热效率得以提高。
且当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善非常有利。
另外，稀薄燃烧时燃烧室内的主要成分O2和N2的比热容较小，多变指数K 较高，因为发动机的热效率高，燃油经济性好。
从理论上讲，混合气越稀，热效率越高。
但就普通发动机来说，当过量空气系数α>1.05~1.15后，油耗反而增加。
这是由于混合气过稀时，发动机混合气分配的均匀性变得更加敏感，循环变动率增加，个别缸失火的概率增加；等等，如果不解决这些问题，盲目地调稀混合气，不但不能发挥稀混合气理论上的优势，反而会费油。
燃用混合气的技术途径1）使汽油充分雾化，对均质燃烧要保证混合气均匀及各缸混合气分配均匀。
消除局部区域混合气偏稀的现象，避免电喷发动机调整时的有意加浓；同时，使缸内混合气的实际含量有所增加，失火及不稳定现象就会大大减少，发动机便可以在较稀混合气含量的条件下工作。
要是汽油充分雾化，可以在预热、增加进气流的速度、增强进气流的扰动、增加汽油的乳化度以及使汽油分子磁化等方面采取措施。
2）采用结构紧凑的燃烧室。
使压缩时形成挤流，以提高燃烧速度，从而提高燃烧效率，减少热损失。
一般采用火花塞放在正中的半球形或蓬顶形燃烧室，或其他紧凑型的燃烧室。
发动机稀燃技术与分层燃烧技术
• 应当指出，稀薄燃烧不一定分层。 这种两级分层燃烧发动机的优点是： ① 等熵指数高 ② 可以采用高压缩比，当采用高辛烷值的汽油时，
压缩比可以提高到11~12，因而大大提高了发动 机的动力性和经济性。 ③ 燃烧温度低，传热损失和高温分解的热损失小 ④ 排污少 • 分层燃烧发动机的缺点：
混合气，可提高热效率。如采用空燃比20和27，将比空燃比14.8 时热效率分别提高8%和12%。 – 排气污染严重。一般汽油机所需的空燃比正是废气排放高的范围
稀薄燃烧汽油机与传统汽油机的性能对比
• 但事实上，当过量空气系数>1.05~1.15之后，油耗 反而增加。这是由于混合气过稀，燃烧速度过于缓 慢，等容燃烧速度下降，补燃增加，热工转化的有 效性下降；燃烧速度下降，混合气发热量和分子改 变系数减小，指示功减小，机械效率下降；混合气 过稀，发动机对于混合气分配的均匀性和汽油、空 气及废气三者的混合均匀性变得更加敏感，循环变 动率增加。如果不解决这些问题，盲目地调稀混合 气，不但不能发挥稀混合气理论上的优势，反而会 更费油。
2. 加快燃烧速度。这是稀燃技术的必要条件和实施的 基础。提高燃烧速度的主要措施是组织缸内的气体 运动和提高压缩比
3. 提高点火能量，延长点火持续时间。高能点火和宽 间隙火花塞有利于火核的形成，火焰传播距离缩短， 燃烧速度提高，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
分层燃烧技术
• 含义：如果在火花塞附近的局部区域内，供给适 宜点火的浓混合气（α=0.8~0.9），而在其他区域 供给给稀混合气，这样可以实现稀薄燃烧。在这 种情况下，即使采用普通点火系，也能很快地点 燃很稀的混合气。由于混合气有浓、稀层次之分， 燃烧的进展也从浓到稀，故把按上述方式工作的 汽油机成为分层燃烧汽油机。
发动机的节能措施和能量回收技术
发动机的节能措施和能量回收技术随着能源危机和环境问题日益严重，发动机的节能和能量回收成为了工业和交通运输领域的重要研究方向。
本文将探讨几种有效的发动机节能措施和能量回收技术。
1. 节能措施1.1 提高燃烧效率提高燃烧效率是提高发动机热效率的关键。
这可以通过优化发动机工作参数、改进燃烧室形状、提高燃油喷射压力和改善燃油雾化质量等方法实现。
1.2 减少摩擦损失减少发动机内部摩擦是降低燃油消耗的有效手段。
这可以通过使用减摩材料、优化零件设计、提高加工精度和定期润滑等方法实现。
1.3 优化气缸布局优化气缸布局可以提高发动机的紧凑性，减少发动机的体积和重量。
这可以采用涡轮增压、米勒循环等先进技术。
1.4 废热回收废热回收技术可以充分利用发动机排放的热能，降低能源消耗。
这可以通过废气热交换器、涡轮增压器等设备实现。
2. 能量回收技术2.1 制动能量回收制动能量回收是一种在交通运输领域广泛应用的能量回收技术。
通过对制动时产生的能量进行回收，可以有效降低燃油消耗。
这可以通过电动空气压缩机、液压能量回收系统等设备实现。
2.2 热能回收热能回收技术可以充分利用发动机排放的热能，降低能源消耗。
这可以通过废气热交换器、燃烧室热交换器等设备实现。
2.3 动能回收动能回收技术主要应用于汽车领域。
通过对车辆在减速或制动时产生的动能进行回收，可以有效降低燃油消耗。
这可以通过动能回收系统、电动空气压缩机等设备实现。
2.4 电能回收电能回收技术主要应用于电动汽车。
通过对电动汽车制动时产生的电能进行回收，可以有效提高电动汽车的续航里程。
这可以通过超级电容器、电池等设备实现。
本文对发动机的节能措施和能量回收技术进行了详细的探讨。
希望通过这些技术的研究和应用，为降低燃油消耗、减少尾气排放和缓解能源危机做出贡献。
这是内容。
后续内容将详细探讨每种节能措施和能量回收技术的原理、应用和效果。
3. 节能措施的深入探讨3.1 高压缩比提高压缩比是提高发动机热效率的重要手段。
汽油机缸内直喷(GDI)稀薄燃烧技术
汽油机缸内直喷(GDI)稀薄燃烧技术
刘鑫
【期刊名称】《交通科技与经济》
【年(卷),期】2011(013)001
【摘要】稀薄燃烧技术是建立在混合气分层燃烧的基础上,分层燃烧是指在着火时刻火花塞周围分布适合于着火的浓混合气,而燃烧室其他位置为稀混合气.在气缸内如何形成适合的混合气浓度梯度分布是稀薄燃烧的关键技术.介绍稀薄燃烧方式、GDI分层稀薄燃烧、GDI滚流分层稀薄燃烧和空燃比反馈控制式稀薄燃烧技术.【总页数】3页(P98-100)
【作者】刘鑫
【作者单位】黑龙江道路运输管理局,黑龙江哈尔滨150036
【正文语种】中文
【中图分类】U461
【相关文献】
1.小型车用汽油机缸内直喷（GDI）开发系列问题的探讨 [J], 韩同群;黄流军;程婷婷
2.汽油机缸内直喷技术（GDI） [J], 刘锦文
3.汽油机稀薄燃烧研究的新进展——从GDI到HCCI [J], 王燕军;王建昕;帅石金;首藤登志夫
4.汽油机缸内直喷稀薄燃烧技术(GDI) [J], 周华;张晓辉;韩玉环
5.现代汽油机缸内直喷系统GDI剖析 [J], 陈建明
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发动机节能技术
图3–8 VVT 对发动机性能的影响
可变凸轮机构一般都是通过两套凸轮或摇臂来实现气门升程与持续角的变化，即在高速时采用高速凸轮，气门升程与持续角都较大，而在低速时切换到低速凸轮，升程与持续角均较小。
气门升程可变
转矩变动∕%
α
α
2.丰田缸内直喷分层充量燃烧系统
图2–30 丰田D-4缸内直喷式稀燃汽油机
VVT-i
b）
a）
图3–31 丰田 D-4 燃烧室混合气形成 a）燃气混合过程；b）缸内混合气浓度分布
低速低负荷时，在压缩行程后期喷油，形成明显的分层燃烧，而在高速大负荷时，进气行程就开始喷油，以形成完全的均质化学计量比燃烧。在分层燃烧与均质化学计量比燃烧领域之间，有弱分层燃烧和均质燃烧两个区域。
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二、影响发动机轻量化的因素
影响发动机产品制造过程中材料消耗多少的指标是比质量 me （发动机质量功率比），而影响比质量大小的主要因素又是升功率 PL 。PL 越高，表面发动机工作容积利用率越高；发出一定数量的有效功率的发动机尺寸就越小。
式中：Hμ——燃料低热值；lo——化学计量空燃比，即燃烧1kg燃料所需的理论空气质量；ηit——指示热效率；ηm——机械效率；Фa——过量空气系数；τ——行程数；Фc——充量系数；n——发动机转数；ρs——发动机进气管的空气密度。
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采用增压技术，以增加进气密度 ρs 。
通过合理组织燃烧过程，以降低过量空气系数 Фa ；
改善发动机换气过程，提高充量系数 Фc ；
提高转速 n ，以增加发动机单位时间内发动机每个气缸作功的次数；
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