汽車專業(yè)教學資源庫 稀薄燃燒技術只能依靠分層燃燒嗎？馬自達又有什么新動向？快來看看吧。

如果要問稀薄燃燒是什么意思，恐怕連一個門外漢也能答個八九不離十。就大多技術而言，如果不求甚解，只想搞懂其最基本的科學原理都不是什么難事。以稀薄燃燒技術為例，一言以概之，就是利用稀混合氣驅(qū)動發(fā)動機做功的一種技術。再具體點說，如果發(fā)動機的空燃比大于18:1，我們便可以稱之為稀薄燃燒。當然，實際采用稀薄燃燒技術的發(fā)動機空燃比可能遠高于這一比值。

稀薄燃燒技術發(fā)展簡史

雖然時至今日，這項技術仍未在國內(nèi)實現(xiàn)普及，不過要是談及歷史，稀薄燃燒技術早在40多年以前，便已成為發(fā)動機研發(fā)領域的“寵兒”。

上世紀70年代，受到石油危機及排放法規(guī)收緊的影響，人們開始對稀薄燃燒技術產(chǎn)生濃厚的興趣。從理論上來講，稀薄燃燒既實現(xiàn)了燃料的充分利用，又可大幅降低發(fā)動機的換氣損失，同時還能減少污染物的排放，可謂是一舉多得。

當時，最先提出技術方案的是日本的豐田與本田兩家企業(yè)。由它們設計的一種帶有副燃燒室的發(fā)動機，便能實現(xiàn)利用稀薄混合氣驅(qū)動發(fā)動機做功，再用氧化催化器凈化排出的尾氣?？蛇z憾的是，由于從副燃燒室噴出火焰再傳導到主燃燒室，熱量損失過大，其最終的節(jié)油效果相比普通汽油機并未有明顯改善。

到了上世紀80年代，豐田、本田、通用等公司先后設計出了一種具有開口式燃燒室的稀薄燃燒發(fā)動機，用以取代此前的副燃燒室設計。這種燃燒室不僅在熱量損失上比原設計要小上很多，且對缸內(nèi)渦流的形成效果也更為出色。

與此同時，隨著燃料噴射更加精細化，以及各類傳感器的日趨成熟和精確，精密控制空燃比已成為可能。故在這一時期，微機控制電噴技術也逐漸在稀薄燃燒發(fā)動機中得到普及。其中最具代表性的莫過于豐田T-LCS（豐田稀薄燃燒系統(tǒng)），該系統(tǒng)采用了速度密度型汽油噴射裝置，能各種工況下，對噴油時間、噴油量及點火時間等參數(shù)進行精確、高效調(diào)節(jié)，進而使發(fā)動機擁有更為理想的工作狀態(tài)。

不過要說稀薄燃燒發(fā)動機真正嶄露頭角，那已經(jīng)是上世紀90年代后的事情了。

1996年日本三菱汽車率先在當時的4G93 1.8L發(fā)動機改進型上引入了現(xiàn)代電控缸內(nèi)燃油噴射系統(tǒng)，后又經(jīng)多次改良陸續(xù)推出了6G74及4G15等一系列缸內(nèi)直噴機型，使這一技術迅速成熟。

借此契機，將缸內(nèi)直噴技術與稀薄燃燒技術相結合，開始成為稀薄燃少技術研發(fā)的新寵。相較于采用氣道噴射稀薄燃燒技術，直噴稀薄燃燒技術在能量榨取上可謂是更加“窮兇極惡”。不僅將前者的優(yōu)點完整加以保留，且在動力輸出指標上，也普遍要再高近一成。

殊途同歸的稀薄燃燒技術

那經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展演變，今天稀薄燃燒技術又是何種模樣呢？

首先，從技術角度來看，其主要呈現(xiàn)出兩大特點。

1.超稀薄燃燒愈發(fā)受到關注。如前幾年紅極一時的本田的i-VTEC I型直噴汽油發(fā)動機，其空燃比可達65:1，這要放在稀薄燃燒技術的發(fā)展初期，簡直就是癡人說夢。

2.結構大幅精簡，控制漸成核心。無論是本田的VETC-i，還是三菱的MVV，與早期的稀薄燃燒系統(tǒng)相比，其自身構造都得到了相當程度上的簡化，并逐漸趨于穩(wěn)定。利用多氣門及精確噴射控制，繁冗的硬件結構被塵封史冊，取而代之的是對軟件方面的不斷優(yōu)化。

其次，雖然當今的稀薄燃燒技術稱得上是遍地開花，叫法各異，但實際上若以噴油方式對其加以分門別類，卻又基本上可劃歸為氣道噴射稀薄燃燒（PFI）與缸內(nèi)直噴稀薄燃燒（GDI）兩種實現(xiàn)形式。

話說到此，我們先不急于對二者進行點評，而是將目光移至另一項技術身上——分層燃燒。因為，無論是PFI還是GDI，都是在該技術的基礎上進化得來的。

眾所周知，混合氣中如果汽油含量越低，就越難被引燃，而采用稀薄燃燒的發(fā)動機其空燃比往往可以達到25:1甚至更高，因此，就必須對混合氣加以分層，使靠近火花塞部分的混合氣具有較高的空燃比，以利于點火，這就催生出了分層燃燒技術。

目前，為達到分層燃燒的所采取的技術手段主要有以下三種：

1.采用多次噴射技術，使混合氣濃度加以區(qū)分。

2.利用燃燒室壁面結構，令混合氣產(chǎn)生滾流，進而產(chǎn)生濃度差異。

3.通過可變進氣技術，在發(fā)動機低速運轉時，對部分進氣道實施截流，以增大進氣渦流強度，促使混合氣分層的形成。

一般來說氣道噴射稀薄燃燒（PFI）發(fā)動機多采用第三種技術方案，而直噴稀薄燃燒（GDI）發(fā)動機則對前兩種實現(xiàn)手段更為青睞。

明晰了什么分層燃燒后，我們再將話題重新回到PFI與GDI兩種稀薄燃燒門類上。其實，單純從市場發(fā)展去市場看，目前后者已成為了當今市場中的絕對主流，這點很容易理解，因為缸內(nèi)直噴技術本身已是一種潮流。不過，話雖如此，但二者之間還是有諸如共性可循，尤其是在尾氣處理方面所受到的技術制約基本趨于一致。

車云菌前面已經(jīng)介紹過，稀薄燃燒技術對車輛燃油經(jīng)濟性的提升及減少污染物的生成都大有裨益，可隨著空燃比的增加，發(fā)動機尾氣中NOx的處理難度也會隨之增大。

由于三元催化器需要借助排氣中的HC或CO進行NOx還原反應，而隨著空燃比的增加，混合氣燃燒溫度降低會抑制HC和CO的生成，使得NOx的還原反應便無法進行，因此，稀薄燃燒發(fā)動機通常需要增加額外的NOx吸儲型催化轉化器來解決這一問題。

可難題也隨之出現(xiàn)，NOx吸儲型催化轉化器對于錳、硫這兩種元素十分排斥，如果廢氣中含量過高，則會使NOx吸儲型催化轉化器中毒，進而失去催化效能，故采用稀薄燃燒技術的發(fā)動機還需額外增加與之相對應的處理環(huán)節(jié)。

以硫元素的處理為例，降低其含量的方法主要有兩種方式，要么從源頭遏制，采用低硫含量的汽油，不過這種汽油并不是到處都能買到，而且不受整車廠商控制，所以實現(xiàn)起來難度極大。

另外就是后期設法補救，如大眾便通過將催化劑反應溫度提高到650度以上方式，使硫通過燃燒而加以消除。

可這種做法也頗具局限性，尤其是過于依賴發(fā)動機的運轉狀態(tài)。當車輛保持高速行駛時，保持這樣高的催化劑溫度尚容易實現(xiàn)。但在市內(nèi)低速行駛時，催化劑的溫度便會下降，進而導致附著在催化劑中的硫無法被完全燒除。因此，像一些汽油硫含量比較高的國家，如主要從中東進口石油的中國，稀薄燃燒技術的推廣就飽受制約。

未來稀薄燃燒技術的寵兒——HCCI

那是否稀薄燃燒就一定要采用分層燃燒的方式呢？車云菌在很多論壇中潛水的時候就發(fā)現(xiàn)持這種觀點的人并不在少數(shù)。其實如果要放在稀薄燃燒技術剛剛興起的年代確實可以得出這一結論。不過，現(xiàn)而今隨著HCCI（均質(zhì)稀薄壓燃技術）的聲名鵲起，在均質(zhì)混合氣環(huán)境下實現(xiàn)稀薄燃燒早已成為一種可能。

簡單來說，HCCI就是一種令汽油機采用壓燃點火方式來實現(xiàn)稀薄燃燒的獨特技術。該技術在上世紀90年代初便已被提出并開始實驗，只不過由于當時的電子控制技術沒有現(xiàn)在成熟，所以并不為外界所熟知。

相比于分層稀薄燃燒的擴散引燃燃燒方式，HCCI技術的好處顯而易見。

首先，HCCI可使所有燃料幾乎在同一時刻被壓燃，從而消除了火焰擴散中的能量損失，使得發(fā)動機整體燃效得以進一步提升。

其次，由于壓燃點火不再需要火花塞，故長期困擾汽油機的炙熱區(qū)的頑疾也將得到根治。

另外，HCCI還可以按照變質(zhì)調(diào)節(jié)的方式，直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，不再需要節(jié)氣門，令發(fā)動機運轉時的泵氣損失顯著降低。

當然，作為一項新興技術，HCCI所遭遇的技術瓶頸同樣不比優(yōu)點少。

其一，由于吸入的混合氣只有在高溫、高壓下才能實現(xiàn)壓燃，因此其很難與渦輪增壓技術相搭配。

其二，HCCI的燃燒速度絕對不能太快，否則極易引發(fā)爆缸。

第三，由于壓燃方式更易引發(fā)NOx及CO生成，因此，對燃燒溫度必須加以控制，這間接導致了HCCI所適用的發(fā)動機轉速區(qū)間較為狹小。

為了削弱以上弊病，幾乎所有的發(fā)動機生產(chǎn)廠商都會將廢氣再循環(huán)技術作為HCCI的固定搭配，而這一技術的一個前提條件就是點火時間可變。

雖然在廢氣再循環(huán)的實現(xiàn)方式上，每個廠商都有各自的門道，但均需遵循一點原則，即廢氣所占混合氣的比例不得低于50%。只有這樣，廢氣才能在加熱混合氣及調(diào)節(jié)缸內(nèi)溫度之余，一并實現(xiàn)對點火延時的有效調(diào)節(jié)。

在HCCI實用化方面，馬自達或?qū)⒊蔀榈谝粋€吃螃蟹的整車制造商。據(jù)此前媒體報道，其正在研發(fā)第二代創(chuàng)馳藍天發(fā)動機便會應用該技術。但即便如此，第二代馬自達創(chuàng)馳藍天發(fā)動機也不會完全實現(xiàn)HCCI，點火系統(tǒng)也可能會繼續(xù)保留，HCCI只有在部分工況時應用。

說到這兒，有些人可能會在潛意識中悟到什么。是的，對于稀薄燃燒技術，日系品牌總是迫不及待地尋求落地，而歐美品牌卻顯得并不那般心急。這究竟是所為何故呢？

簡單來講，可將其歸結于造車理念上的差異。日系廠商向來對燃油經(jīng)濟性頗為看重，所以只要是對降低油耗大有裨益的技術，越快實現(xiàn)落地，就越符合廠商心中的預期，即便是多花上一些錢也在所不惜。

可歐美車企則不然，相比于油耗降個百分之幾，它們更關注車輛的動力性。就像HCCI技術那樣，稀薄燃燒對動力的貢獻幾乎為零，甚至還可能出現(xiàn)負值。因此，權衡再三，只要不是被法規(guī)倒逼到必須為之的地步，歐美品牌還是更傾向于采取穩(wěn)扎穩(wěn)打的技術推進策略。