分層燃燒優(yōu)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、改造后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(cè)密封燒煤斗的現(xiàn)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(cè)塊多，中間煤粉多的不均勻給煤狀態(tài)，達到均勻布煤并分層。

8、改造費用適宜，回收成本快，基本上半年之內(nèi)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(qū)中心的燃料濃度較高，燃燒區(qū)域外圍是空氣較多，最后的結(jié)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(qū)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(fā)動機“小油門”或怠速時，氣缸內(nèi)只要求在火花塞區(qū)域有一點點濃郁燃汽，其他區(qū)域都是新鮮空氣，可以實現(xiàn)燃油完全燃燒干凈。

4.因燃燒到最后的結(jié)果是含氧空氣還有多余，燃燒可以完全透徹，所以發(fā)動機燃油效率極高，常規(guī)發(fā)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，但濃度范圍比常規(guī)發(fā)動機所用的燃油濃度比例大些，這樣對“化油器”的調(diào)整要簡單好辦些。

6.因為在“小油門”時有多余的空氣將燃燒區(qū)域與缸壁、活塞隔開，所以發(fā)動機受熱不是很嚴重，發(fā)動機作功效率因散熱少而有所提高。

7.多數(shù)“分層燃燒”的發(fā)動機結(jié)構(gòu)是用噴咀對準火花塞噴射霧態(tài)燃油，在一點火小室內(nèi)實施高濃度燃料的點火，而后再擴散燃燒到全部。

8.不使用大量勻質(zhì)燃汽，不用擔心有大規(guī)模燃汽受壓爆燃事故，故發(fā)動機壓縮比可以提高，這對于平時提高發(fā)動機的做功效率很有好處。

9.這類燃燒方式與常規(guī)發(fā)動機相反，小油門時極端節(jié)油狀態(tài)特好，適應了多數(shù)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(nèi)不全是充滿勻質(zhì)燃汽，所以發(fā)動機的“升功率”略微低些，但排量的增加和散熱系統(tǒng)的減少，發(fā)動機的總重量基本上應差不多。

“分層燃燒”的目的是合理應用“氣多油少”的安排，將油料的燃燒進行的完全徹底，所以在發(fā)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(nèi)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(jīng)實驗了不少的設計結(jié)構(gòu)，但至今還沒有出現(xiàn)理想完美標準結(jié)構(gòu)的發(fā)動機，其難度由此可見。

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(jīng)過轉(zhuǎn)動的輥筒疏松后,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(zhuǎn)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,利于燃盡。

燃油的分層燃燒

所謂分層燃燒系統(tǒng),即是依靠進氣渦流或采用機械方法,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于點燃的較濃混合氣,(空燃比為12~13.5)以保證可靠的點火,而燃燒室的其余大部份地區(qū)都是稀混合氣,有的地方甚至只是空氣,這樣,燃燒室內(nèi)總的空燃比平均在18:1以上,有時甚至更高。由于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(fā)動機稱為分層燃燒系統(tǒng)。

分層燃燒模式在進氣過程中節(jié)氣門開度相對較大，減少了一部分節(jié)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(zhì)，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?shù)陌伎觾?nèi)，噴出的燃油與渦旋進氣結(jié)合形成混合氣。混合氣形成發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角40°至50°范圍內(nèi)，如果小于這個范圍，混合氣無法點燃，若大于，就變成均質(zhì)狀態(tài)了。分層燃燒的過量空氣系數(shù)一般在1.6-3之間。

點火時，只有火花塞周圍混合狀態(tài)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(huán)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范圍內(nèi)。

缸內(nèi)直噴發(fā)動機在中、小負荷工況時采用分層燃燒模式，燃油濃度梯度呈現(xiàn)梯度分布，即在缸壁附近分布的大部分是空氣，有效地防止了熱量傳遞給缸體水套，提高了燃燒的熱效率。

進氣道噴射發(fā)動機在冷起動過程中，缸內(nèi)溫度低，油氣蒸發(fā)不完全，致使實際噴油量遠遠超過了按理論空燃比計算得到的噴油量，而且在冷起動時易出現(xiàn)失火或不完全燃燒現(xiàn)象，使HC排放增加。相反，缸內(nèi)直噴技術發(fā)動機可以精確的控制每個循環(huán)的空氣與燃油比例，結(jié)合分層燃燒直接起動技術，可以降低冷起動時的 HC 排放，瞬態(tài)響應好。2100433B

目前實現(xiàn)分層燃燒的方式有三種：壁面引導方式、氣流引導方式、噴霧引導方式，見圖 1所示。

GDI分層燃燒模式壁面引導方式

在該種引導方式下，火花塞安裝在燃燒室中央，而噴油器與火花塞相距較遠，燃油油束朝活塞頂部噴射，借助活塞頂部與燃燒室的結(jié)構(gòu)加上缸內(nèi)的氣流的相互作用，可燃混合氣被傳送到火花塞附近。由于此種情況下燃油首先被噴入活塞頂部經(jīng)過氣流運動再到達火花塞，因此在活塞頂部會有油膜的存在，在冷啟動工況下，該部分油膜不能全部蒸發(fā)燃燒，從而會導致未燃 HC 量有所增加。同時該種方式對發(fā)動機的噴油正時、點火正時以及缸內(nèi)的氣流運動要求較高。

GDI分層燃燒模式氣流引導方式

采用該種方式的直噴汽油機與壁面引導型汽油機不同的是，氣流引導式是將燃油油束直接朝火花塞的方向噴射但不直接噴到火花塞，利用缸內(nèi)的氣流運動將混合氣送到火花塞附近，因此該種引導方式對缸內(nèi)氣流運動具有強烈的依賴性。理論上講該種燃油噴射方式不存在活塞頂部的油膜以及燃油著壁現(xiàn)象，可提高汽油機的燃油經(jīng)濟性與減少污染物的生成。要成功運用該種噴油方式需準確控制好燃油噴射與氣流的匹配，因此該種方式的實現(xiàn)具有一定的難度，目前應用比較少。

GDI分層燃燒模式噴霧引導方式

與前面兩種引導方式不同的是該種燃油噴射方式中，火花塞與噴油器的位置相對較近，在噴油器附近很容易產(chǎn)生較濃混合氣，同時缸內(nèi)易形成分層混合氣。該種方式形成的混合氣受燃燒室與缸內(nèi)氣流運動的影響較小，因而實現(xiàn)相對容易一些，這種噴霧引導方式也被專家認為最具實現(xiàn)分層燃燒模式的潛力。但是由于火花塞與噴油器位置較近，會導致火花塞積碳，降低火花塞的使用壽命。

在能源與環(huán)境的雙重壓力下，GDI 汽油機應運而生，其借鑒柴油機噴油方式，將燃油直接噴入燃燒室，避免燃油在進氣道內(nèi)不能完全蒸發(fā)的問題，從而能夠準確控制每個循環(huán)噴射燃油量。由于燃油直接噴入燃燒室，在變工況尤其是冷啟動工況下，不需噴入過多的燃油，未燃 HC 量會明顯下降，并且發(fā)動機的瞬態(tài)響應性明顯提高。同時，燃油直接噴入燃燒室，燃油在燃燒室內(nèi)的蒸發(fā)能夠降低燃燒室溫度，在增加發(fā)動機進氣效率與壓縮比的同時降低了發(fā)動機爆震的傾向。隨著 GDI 汽油機的發(fā)展，其逐漸也演變?yōu)閮煞N燃燒方式：GDI 均質(zhì)燃燒模式、GDI 分層燃燒模式。