排放難以解決 談為何取消分層燃燒技術

　　[汽車之家 技術]  缸內直噴技術最早由三菱于1996年開始量產，但是讓國人開始認知并逐步得到推廣的而是奧迪的FSI。可以說，節約燃油是缸內直噴技術的一個研發初衷，而分層燃燒又恰恰是實現這一目標的有效手段，同時也是缸內直噴技術的精髓與特點，但是分層燃燒技術并非完美無缺，特別是在當今嚴格的排放法規面前，它不得不面臨被雪藏的境遇。

　　直噴式汽油發動機采用類似于柴油發動機的供油技術，通過高壓油泵將燃油以100bar以上的壓力提供給位于氣缸內的噴油嘴，然后通過電腦控制噴油嘴將燃油直接注入氣缸。從表面來看，缸內直噴與普通的歧管噴射最大的不同在于燃油注入氣缸的方式，但是這個看似簡單的變化卻可以對燃油噴射時間、噴射角度以及混合氣的形成進行更為精準、直接的控制。

　　根據直噴式汽油發動機的原理特點，理論上一般可以實現兩種不同的燃燒方式：分層燃燒和均質燃燒。

　　首先我們需要引入一個空燃比的概念，空燃比，即空氣與燃料（汽油）的質量比，它最理想的比例是14.7:1，即1公斤的汽油完全燃燒需要消耗14.7公斤的空氣，我們把14.7叫做理論空燃比。我們將實際空燃比與理論空燃比的比值定義為λ，λ=1即實際空燃比與理論空燃比一致，此時汽油燃燒最完全。當λ>1時，說明空氣相對較多，此時混合氣偏稀；λ<1時，說明燃油相對較多，此時混合氣偏濃。一般汽油發動機混合氣的濃度就處在理論空燃比附近。搞清楚這個概念，對后面內容的理解是十分必要的。

　　　　『第一次噴射先充分混合』　　『第二次噴射形成混合氣較濃的區域』

　　分層燃燒技術在氣缸內所形成的混合氣濃度并不是均勻的，在靠近火花塞的內層空間混合氣偏濃，在遠離火花塞的外層空間（靠近氣缸壁與活塞頂部）混合氣則偏稀。這樣混合氣就形成了由內及外、由濃到稀的狀態，只有這樣才算為下一步的分層燃燒做好了準備，那么這種不均勻的混合氣又是如何形成的呢？

　　要想實現這種混合氣的狀態，缸內直噴技術就必不可少了。發動機在進氣行程活塞下行時，發動機電腦（ECU）會控制噴油嘴先進行一次少量的噴油，使氣缸內形成稀薄混合氣，此時混合氣的空燃比λ>1。而在壓縮行程，活塞上行時會進行第二次噴油，利用活塞頂部的特殊結構或者噴油嘴的噴射角度讓火花塞附近出現混合氣相對較濃的區域（λ<1），然后利用這部分較濃的混合氣來引燃汽缸內的稀薄混合氣，保證了在順利點火的情況下盡可能地實現稀薄燃燒，這也正是分層燃燒的精髓所在。

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『視頻很好地展示了發動機進氣渦流的產生以及點火前的兩次噴油方式』

　　除了在進氣行程和壓縮行程進行兩次噴油來實現分層注油模式外，還有一種方法也能達到同樣的效果。這就是只在壓縮行程的某一個時刻來進行一次噴油，由于特殊設計的噴油嘴角度可以使噴出的燃油恰好位于火花塞附近，這樣就在火花塞附近形成了偏濃的混合氣，最終同樣可以達到分層燃燒。

　　在分層燃燒模式下，整個空燃比λ=1.6~3（空氣過量），這就可以用更少的燃油達到同樣的燃燒效果，使得發動機的油耗更低。同時在分層燃燒狀態下，只有火花塞附近的區域進行燃燒，最外側極為稀薄的混合氣相當于一個隔熱棉，可以將通過缸壁傳導所損失的熱量降到最低，提高了發動機整體的熱效率。

　　不過分層燃燒模式并不是在發動機的任何工況下都適用的，只有在比較柔和的駕駛方式下才能實現分層燃燒，而在需要動力性能的時候，就需要轉換到均質燃燒模式。該模式下，只在進氣行程進行一次噴油，這樣在點火前，氣缸內所形成的混合氣的濃度是均勻的，而且空燃比λ≈1。此外，分層燃燒技術存在著一個目前難以得到綜合性解決的氮氧化物排放問題，而這也是該項技術在歐洲逐步取消的根本原因。