縱向分層稀薄燃燒

縱向分層稀薄燃燒也稱為滾流分層稀薄燃燒，是進氣道噴射稀燃的一種方式，其渦流的流動方向與氣缸軸線垂直而得名，多用於進氣道對稱布置的多氣門發動機，尤其是在蓬頂形燃燒室，對稱進氣的四氣門發動機上更容易實現。

基本介紹

• 中文名：縱向分層稀薄燃燒
• 領域：汽車

簡介

縱向分層稀薄燃燒也稱為滾流分層稀薄燃燒，是進氣道噴射稀燃的一種方式，其渦流的流動方向與氣缸軸線垂直而得名，多用於進氣道對稱布置的多氣門發動機，尤其是在蓬頂形燃燒室，對稱進氣的四氣門發動機上更容易實現。

形成過程

圖1簡單說明了滾流運動的形成過程：當進氣門升程較小時，進氣在缸內的流動比較紊亂，有規律的流動不明顯，這時存在兩個旋轉軸相互平行而垂直於氣缸軸線的渦團，一個在進氣門下方靠近進氣道一側，而另一個則在進氣道對側，大致位於排氣門下方，此為非滾流期；當氣門升程加大時，位於進氣道對側的渦團突然加強，進而占據整個燃燒室，與此同時另一個渦團逐漸消失，此為滾流產生期；隨著氣門升程的加大和活塞下移，滾流不斷加強直至進氣行程下止點附近，滾流達到最強，此為滾流的發展期；壓縮行程屬滾流的持續期；在壓縮行程後期，由於燃燒室空間扁平，不適於滾流發展而遭破壞，在上止點附近，滾流幾乎被壓碎而成為小尺度的湍流，此為破碎期。

圖1 滾流運動的形成

特點

滾流的生命周期短，點火後很快在燃燒過程中消失。正是由於滾流在上止點附近破碎為湍流，將進氣流動的動能轉化為湍動能，這才有利於發動機性能的提高。

發展及套用

滾流分層的概念是於 1991年由三菱公司在三氣門上實現的，並把這種系統命名為 MVV（Mitsubishi VerticalVortex）。它的思想是燃油僅僅從一側的進氣道噴入氣缸，另一個氣道只進空氣。由於缸內空氣運動方向與發動機氣缸軸線相垂直的方向上的速度分量很小，因此，燃油在缸內的分布明顯產生分層，如圖2所示。由於燃油從一側進入燃燒室，因此，為了充分利用分層以提高稀燃極限，把火花塞布置在沿燃油噴入方向進氣門的下游，這雖然可以使火花塞周圍有濃的混合氣，但同時加大了火焰的傳播距離。

圖2 三氣門MVV汽油機

因此，這種火花塞的布置方法對於四氣門發動機是不合適的。後來，三菱公司在四氣門發動機上研製出了適用於四氣門發動機的滾流分層稀燃方案，這是通過在進氣道內布置隔板實現的。在進氣道內布置兩個隔板，燃油噴到隔板中間，因此，在混合物進到缸內時，在缸內形成中間濃、兩側稀的燃油分布，如圖 3所示，這樣可以充分發揮火花塞中心布置的優勢。

圖3四氣門MVV汽油機

MVV 還採用特殊形狀的活塞，來加強滾流運動並且抑制壓縮末期燃燒室內的平均流動速度，而且混合物在經過排氣門一側的缸壁後，由於活塞頂面的導流作用而流向火花塞處。MVV發動機的 NOx 排放在空燃比為 20時仍然很高，在空燃比超過 23後 NOx 下降到可以接受的程度，採用很稀的混合氣來抑制 NOx 的生成，必須以燃燒穩定為前提。由於 MVV發動機的燃燒過程組織得當，它不僅得到了良好的經濟性，而且 NOx 降低很多。