发动机燃烧过程分析（带你全面了解发动机的燃烧技术）

发动机燃烧技术主要有均质混合气压燃燃烧技术、分层燃烧技术和稀薄燃烧技术等。

均质混合气压燃燃烧技术

均质混合气压燃燃烧（HomogeneousChargeCompressionIgnition，HCCI）技术是一种新的燃烧方式，它向气缸里面注入比例非常均匀的空气和燃料混合气，通过活塞压缩混合气使之温度升高至一定程度时自行燃烧，如下图所示。

采用HCCI技术的发动机，既不同于柴油机，又不同于汽油机，它们之间的关系如下图所示。

传统汽油机采用的是均质混合气点燃方式，柴油机采用的是非均质混合气压燃方式，直喷式汽油机采用的是分层稀薄燃烧方式，而HCCI发动机采用的则是均质混合气压燃方式。HCCI发动机通过提高压缩比，采用废气再循环、进气加温和增压等手段提高缸内混合气的温度和压力，促使混合气进行压缩自燃，在气缸内形成多点火核，有效维持了着火燃烧的稳定性，并缩短了火焰传播距离和燃烧持续期。

它与柴油机燃烧方式的不同在于：柴油机在着火时刻燃油还没有完全蒸发混合，进行的是扩散燃烧方式，燃烧速率主要受燃油蒸发以及空气混合速率的影响；而进行HCCI燃烧的混合气在着火以前已经均匀混合，进行的是预混燃烧模式。因此，HCCI发动机兼有传统汽油机和柴油机的优点。

HCCI发动机具有以下特点：

① 采用均质混合气。空气和燃油在HCCI发动机的进气系统中预混合，形成均质的空气/燃油混合气，然后吸入气缸进行压缩。也有燃油直接喷入气缸，在气缸内与空气进行预混合的。

② 采用压缩点燃。在压缩行程中，混合气温度升高，达到自燃温度而自燃；也就是说，不需要任何点火系统。

③ 采用比火花点燃式发动机高得多的压缩比，且允许压缩比在一个广阔的范围内变动。

④ 为了使均质混合气能够通过压缩而点燃，必要时需对吸入空气进行加热。

⑤ 由于压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节转矩，不需要节气门。

⑥ 既然均质混合气是自燃的，所以燃烧大体上是整个气缸内同时开始的，可以采用过量空气或者残余废气达到高度稀释的混合气。

⑦ HCCI发动机采用的燃油辛烷值允许在一个广阔的范围内变动。可以采用汽油、天然气、二甲醚等辛烷值较高的燃油作为主要燃料，也可以采用多种燃料混合燃烧。还可以将对高辛烷值燃料和低辛烷值燃料配比的调整，用作在HCCI燃烧中控制燃烧起点和负荷范围的方法。也有人试图用柴油作为HCCI燃料，但效果远不及汽油。

将压缩点燃式发动机改装成HCCI的主要目的是减少氮氧化物和微粒物排放。将火花点燃式发动机改装成HCCI的目的是减少部分负荷时的燃油消耗，提高其动力性。

如果是柴油机改装成HCCI发动机，就要将高压喷油设备换成低压的汽油喷射设备，喷油地点也要从缸内喷射改成进气口喷射（也有缸内直接喷射的HCCI发动机）；如果是汽油机改装成HCCI发动机，就要提高压缩比，并且保持节气门敞开，可以将点火系统拆除。

由于HCCI发动机容易产生爆震，转速区间小，电控技术要求高，使得HCCI技术没有得到普及。

分层燃烧技术

分层燃烧技术在气缸内所形成的混合气浓度并不是均匀的，在靠近火花塞的内层空间混合气偏浓，在远离火花塞的外层空间（靠近气缸壁与活塞顶部）混合气则偏稀。这样混合气就形成了由内及外、由浓到稀的状态，只有这样才为分层燃烧做好了准备。

缸内分层燃烧技术如下图所示，通过二次喷油实现分层燃烧。发动机在进气行程活塞移至下止点时，ECU控制喷油嘴进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气；在活塞压缩行程末端时再进行第二次喷油，这样在火花塞附近形成混合气相对浓度较高的区域（利用活塞顶的特殊结构），然后利用这部分较浓的混合气引燃气缸内的稀薄混合气。

目前，为达到分层燃烧除采用多次喷射技术，使混合气浓度加以区分之外，还利用燃烧室壁面结构，令混合气产生滚流，进而产生浓度差异；通过可变进气技术，在发动机低速运转时，对部分进气道实施截流，以增大进气涡流强度，促使混合气分层的形成。

在分层燃烧模式下，整个空燃比λ为1.6～3（空气过量），这就可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，使得发动机的油耗更低。同时在分层燃烧状态下，只有火花塞附近的区域进行燃烧，最外侧极为稀薄的混合气相当于一个隔热棉，可以将通过缸壁传导所损失的热量降到最低，提高了发动机整体的热效率。但分层燃烧模式并不是在发动机的任何工况下都适用的，只有在比较柔和的驾驶方式下才能实现分层燃烧，而在需要动力性能的时候，就需要转换到均质燃烧模式。

该模式下，只在进气行程进行一次喷油，这样在点火前，气缸内所形成的混合气的浓度是均匀的，而且空燃比λ约为1。此外，分层燃烧技术存在着一个目前难以得到综合性解决的氮氧化物排放问题，而这也是该项技术在欧洲逐步取消的根本原因。

稀薄燃烧技术

稀薄燃烧技术就是利用稀混合气驱动发动机做功的一种技术，喷油嘴喷出的少量燃油通过活塞头的特殊导流槽与空气混合，并使最高浓度的油气混合气在火花塞附近达到点燃浓度的下限，进而由火花塞点燃。随后周围的稀薄混合气也可被明火引燃，实现用最少的燃油达到燃烧的目的。发动机的空燃比大于18∶1，便可以称为稀薄燃烧。当然，实际采用稀薄燃烧技术的发动机空燃比可能远高于这一比值，如本田公司的i-VTECⅠ型直喷汽油发动机，其空燃比可达65∶1。稀薄燃烧既实现了燃料的充分利用，又可大幅降低发动机的换气损失，同时还能减少污染物的排放。

稀薄燃烧技术的基础是分层燃烧，因为混合气中汽油含量越低，就越难被引燃，而采用稀薄燃烧的发动机的空燃比往往可以达到25∶1甚至更高，因此，就必须对混合气加以分层，使靠近火花塞部分的混合气具有较高的空燃比，以利于点火。

总之，稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出，但是对燃油品质的要求也比较高。