基本介紹
- 中文名：分層燃燒
- 外文名：Stratified combustion
- 套用：工業鍋爐、汽車發動機
- 優點：提高燃燒效率
- 難點：點火難、發動機結構設計難
- 相關技術：FSI
介紹,燃煤的分層燃燒,燃油的分層燃燒,優點難點,燃煤的分層燃燒,燃油的分層燃燒,
介紹
燃煤的分層燃燒
分層給煤燃燒,是將煤倉中溜下來的原煤經過轉動的輥筒疏鬆後,落到篩板上。粒度大的顆粒從篩板上落到爐排上,粒度小的漏到篩下的爐排上,隨著爐排的轉動,形成了下大上小的給煤層次,使煤層通風均勻,提高了爐膛溫度,利於燃盡。
燃煤分層燃燒示意圖
燃煤分層燃燒示意圖燃油的分層燃燒
所謂分層燃燒系統,即是依靠進氣渦流或採用機械方法,使進入氣缸中的混合氣濃度依次分層,使燃燒室中的混合氣在火花塞附近形成易於點燃的較濃混合氣,(空燃比為12~13.5)以保證可靠的點火,而燃燒室的其餘大部份地區都是稀混合氣,有的地方甚至只是空氣,這樣,燃燒室內總的空燃比平均在18:1以上,有時甚至更高。由於火花塞附近濃混合氣燃燒火焰的引燃,可以使燃燒室中大部份稀混合氣正常然燒,從而達到汽油機使用稀混合氣的目的。這種將混合氣在燃燒室中分為濃、稀兩部份進行燃燒的發動機稱為分層燃燒系統。
分層燃燒模式在進氣過程中節氣門開度相對較大，減少了一部分節流損失。進氣過程中的關鍵是進氣管中安置一翻板，翻板向上開啟（原理性質，實際機型可能有所不同）封住下進氣管，讓進氣加速通過，與ω形活塞頂配合，相成進氣渦旋。
分層燃燒時噴油時間在上止點前60°至上止點前45°，噴射時刻對混合氣的形成有很大影響，燃油被噴射在活塞頂的凹坑內，噴出的燃油與渦旋進氣結合形成混合氣。混合氣形成發生在曲軸轉角40°至50°範圍內，如果小於這個範圍，混合氣無法點燃，若大於，就變成均質狀態了。分層燃燒的過量空氣係數一般在1.6-3之間。
點火時，只有火花塞周圍混合狀態較好的氣體被點燃，這時周圍的新鮮空氣以及來自廢氣再循環的氣體形成了很好的隔熱保護，減少了缸臂散熱，提升了熱效率。點火時刻的控制也很重要，它只在壓縮過程終了的一個很窄的範圍內。
優點難點
燃煤的分層燃燒
1、燃燒熱效率一般可以提高8-12%左右。
2、爐渣含炭量可以降至10%左右。
3、提高煤種適應性。
4、改造後鍋爐可以滿負荷運行。
5、升溫升壓快，點火方便。
6、故障率低，使原來燒損擋渣器、側密封燒煤斗的現象從根本上消除。
7、消除因重力作用造成的爐排進煤斗時而形成的兩側塊多，中間煤粉多的不均勻給煤狀態，達到均勻布煤並分層。
8、改造費用適宜，回收成本快，基本上半年之內收回成本。
燃油的分層燃燒
1.分層燃燒的定義是：燃燒是分濃度層次的，燃燒區中心的燃料濃度較高，燃燒區域外圍是空氣較多，最後的結果是“完全燃燒”。
2.要求在點火瞬間，火花塞電極處燃汽的濃度正好，以便可靠點火。其他區域有些偏差不要緊;但多年來最難做到的也就是這一點。
3.在發動機“小油門”或怠速時，氣缸內只要求在火花塞區域有一點點濃郁燃汽，其他區域都是新鮮空氣，可以實現燃油完全燃燒乾淨。
4.因燃燒到最後的結果是含氧空氣還有多餘，燃燒可以完全透徹，所以發動機燃油效率極高，常規發動機的不良燃燒污染物也幾乎沒有。
5.送進氣缸里的燃油霧化自然是越細越好，但濃度範圍比常規發動機所用的燃油濃度比例大些，這樣對“化油器”的調整要簡單好辦些。
6.因為在“小油門”時有多餘的空氣將燃燒區域與缸壁、活塞隔開，所以發動機受熱不是很嚴重，發動機作功效率因散熱少而有所提高。
7.多數“分層燃燒”的發動機結構是用噴咀對準火花塞噴射霧態燃油，在一點火小室內實施高濃度燃料的點火，而後再擴散燃燒到全部。
8.不使用大量勻質燃汽，不用擔心有大規模燃汽受壓爆燃事故，故發動機壓縮比可以提高，這對於平時提高發動機的做功效率很有好處。
9.這類燃燒方式與常規發動機相反，小油門時極端節油狀態特好，適應了多數車輛平時多用小油門，偶爾才使用大油門的實際使用狀況。
10.因缸內不全是充滿勻質燃汽，所以發動機的“升功率”略微低些，但排量的增加和散熱系統的減少，發動機的總重量基本上應差不多。
“分層燃燒”的目的是合理套用“氣多油少”的安排，將油料的燃燒進行的完全徹底，所以在發動機中實施分層燃燒一定是以“氣多油少”為基本布局。最難最關鍵的一點是：局部燃汽的濃度要遷就電火花的點火，只要能點著火，其他部分的燃料可多可少就是“油門大小”。
在氣流激烈的氣缸內實施濃度正好的點火，有點類似在大風天將一杯燃油潑向十米外一根瞬間點燃的火柴，有點難度。除了點火難題外，還有許多其它方面的技術問題;幾十年來海外已經實驗了不少的設計結構，但至今還沒有出現理想完美標準結構的發動機，其難度由此可見。
