稀薄燃烧发动机,是指让汽油在远高于理论空燃比(空气与燃油的质量比14.7:1)的条件下进行燃烧的内燃机技术。当空燃比超过18:1时,就可以认为进入了稀薄燃烧的范畴,在实际应用中,这一比值甚至可以高达25:1乃至40:1以上。
简单来说,用更少的油做更多的事。
更高的热效率:稀混合气燃烧时,缸内温度更低,热量损失减少,更利于将化学能转化为机械功。现代稀薄燃烧发动机的峰值热效率已可达到45%,这比当前主流发动机有显著提升。
更低的泵气损失:在部分负荷时,可以更大地打开节气门,减少发动机“吸气”的阻力,这本身就节约了能量。
更少的氮氧化物(NOx)排放:较低的燃烧温度从源头上抑制了高温下氮气和氧气生成NOx的反应。
综合来看,这项技术能带来10%-20% 的节油效果,并伴随动力输出的提升。
让少油的混合气稳定、高效地燃烧,是需要克服的“硬骨头”。为此,工程师们开发了多种关键技术:
分层燃烧:制造一个“点火富氧区”
这是核心策略。通过特殊的进气口设计或喷油策略(如三菱的GDI,大众的FSI),在火花塞周围形成一个混合气较浓的区域(空燃比约12:1)便于点火,而燃烧室其余部分则是极度稀薄的混合气。浓区点燃后,火焰再向外层传播。
高能点火与强滚流:让火焰更“强壮”
高能点火系统:采用能量大于230mJ的点火线圈,产生更强大的火花,确保在极稀的混合气中也能稳定点火。
优化进气与燃烧室:通过全新设计的进气口和活塞顶形状,在缸内形成强烈的“滚流”,加速火焰传播,将稳定燃烧的空燃比极限拓展到λ(过量空气系数)>2.0的水平。
过去,稀薄燃烧因尾气处理(稀燃环境下NOx难以净化)等问题未能在民用车上普及。但在如今“混动化”和“替代燃料”的浪潮下,它迎来了新的机遇。