说起内燃机燃烧技术,大家熟悉的应该有火花点火,压缩点火,均质充量压燃这几种技术,而我们今天要讲的“Entry ignition(入口点火)”技术就是将这几种常见的技术结合起来,形成一种全新的系统,在一定程度上改善了效率以及排放。那么在说明这项技术之前,我们先来了解以往常见的几种燃烧技术。
火花点火,全称“电火花点火”、“火花塞点火” ,是强制点火的一种方式,利用火花塞两电极间的电弧放电原理,使可燃混合气点燃而迅速着火燃烧。在压缩行程接近终了时,由燃料和空气所组成的可燃混合气在气缸内被活塞压缩到一定的压力和温度,立即以1C~15kV的高压电流通入装在气缸盖上的火花塞,在气缸中产生电火花,使可燃混合气着火而燃烧。
但由于压缩比较低使得火花点火的效率其实并不是很高,并不是说工程师不想把压缩比调高,而是当压缩比调的过高之后,发动机就会出现爆震。在进气行程时吸入空气和燃油,然后进入压缩行程,当活塞压缩空气和燃油时,活塞的行程是有要求的,如果压缩的过多,混合气就会自燃。由于压缩比的限制,使得火花点火的效率并不高。
压缩点火亦称“自行点火”、“自动点火”。在压缩行程接近终了时,空气在气缸内被活塞压缩到温度升高到大大超过燃料(例如柴油)的自燃温度,依靠高压油泵和喷油嘴将燃料喷成雾状射入气缸内,使与灼热的空气相遇,即自行着火燃烧。
在柴油机里由于没有被空气压缩,所以我们不需要担心爆震的问题,所以我们可以使用更高的压缩比,从而获得更高的效率。但由于空燃比在不同角落的浓度是不同的,这样就造成了排放很差。
如果把这两种技术(火花点火和压缩点火)结合在一起,简单来说就是吸入空气和燃油形成混合气,当压缩到上止点时,温度升高,均质混合气自燃着火,使得活塞往下推。汽油压燃引擎就是运用这种原理,由于不受混合比的限制,所以排放污染很少,同时也有较高的热效率。
但如何控制点火正时成为了一个问题,在火花塞点火系统中,火花塞决定着混合气燃烧开始的时间,在压缩点火系统中,喷射燃油的时机决定着燃烧的开始。在均质压燃系统中,无法像前两者那样,所以只能依靠燃油比,利用EGR调节温度,以便控制燃烧的开始。
由于这项技术十分复杂,国内也没有听说过,小编就以文字的方式简单叙述一下“入口点火”的基本原理,打个比方在一台四缸机中,我们先看中间两个气缸,气缸中两个活塞是同时进行上下运动的,左边的气缸负责吸入和压缩空气,此时左边的气缸是没有燃油的,我们把温度和压力提升到非常接近汽油自燃的状态(但还不足以达到让汽油燃烧的温度)。左边的气缸顶部有一个止回阀,它负责将压缩空气输送至压力容器(假设在气缸顶部),在压力容器将左侧气缸压缩的空气送入混合室的同时,喷油嘴喷入燃油,这样空气与燃油就得到充分的融合,当混合室的阀门打开之后,油气混合物进入右侧气缸,此时缸内温度非常高,混合物就自燃了,这就是“入口点火”的独特之处。
与普通汽油发电机相比,它能够使用更高的压缩比以及非常稀的空燃比,因为它有一个混合室,可以更好地混合空气和燃油,然后混合气进入高温的气缸被自动点燃。同时它的做功效率更高,能够完全利用膨胀功,通过第二级活塞从燃气中获得尽可能多的膨胀功。
在SAE发表的技术论文中,他们指出传统发动机的理论热效率可能在49%左右,而这台搭载“入口点火系统”的引擎与布雷顿循环(Brayton cycle)发动机非常相似,因此推算出来的理论热效率约为63%。当然,这是一项未经证实的技术,具体结论我们也无法作出定义,但其的确有提高热效率的潜力。
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