[汽車之家 技術(shù)] 缸內(nèi)直噴技術(shù)最早由三菱于1996年開(kāi)始量產(chǎn)，但是讓國(guó)人開(kāi)始認(rèn)知并逐步得到推廣的而是奧迪的FSI。可以說(shuō)，節(jié)約燃油是缸內(nèi)直噴技術(shù)的一個(gè)研發(fā)初衷，而分層燃燒又恰恰是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段，同時(shí)也是缸內(nèi)直噴技術(shù)的精髓與特點(diǎn)，但是分層燃燒技術(shù)并非完美無(wú)缺，特別是在當(dāng)今嚴(yán)格的排放法規(guī)面前，它不得不面臨被雪藏的境遇。
直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用類似于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油技術(shù)，通過(guò)高壓油泵將燃油以100bar以上的壓力提供給位于氣缸內(nèi)的噴油嘴，然后通過(guò)電腦控制噴油嘴將燃油直接注入氣缸。從表面來(lái)看，缸內(nèi)直噴與普通的歧管噴射最大的不同在于燃油注入氣缸的方式，但是這個(gè)看似簡(jiǎn)單的變化卻可以對(duì)燃油噴射時(shí)間、噴射角度以及混合氣的形成進(jìn)行更為精準(zhǔn)、直接的控制。
根據(jù)直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的原理特點(diǎn)，理論上一般可以實(shí)現(xiàn)兩種不同的燃燒方式：分層燃燒和均質(zhì)燃燒。
首先我們需要引入一個(gè)空燃比的概念，空燃比，即空氣與燃料（汽油）的質(zhì)量比，它最理想的比例是14.7:1，即1公斤的汽油完全燃燒需要消耗14.7公斤的空氣，我們把14.7叫做理論空燃比。我們將實(shí)際空燃比與理論空燃比的比值定義為λ，λ=1即實(shí)際空燃比與理論空燃比一致，此時(shí)汽油燃燒最完全。當(dāng)λ>1時(shí)，說(shuō)明空氣相對(duì)較多，此時(shí)混合氣偏稀；λ<1時(shí)，說(shuō)明燃油相對(duì)較多，此時(shí)混合氣偏濃。一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的濃度就處在理論空燃比附近。搞清楚這個(gè)概念，對(duì)后面內(nèi)容的理解是十分必要的。
『第一次噴射先充分混合』 『第二次噴射形成混合氣較濃的區(qū)域』
分層燃燒技術(shù)在氣缸內(nèi)所形成的混合氣濃度并不是均勻的，在靠近火花塞的內(nèi)層空間混合氣偏濃，在遠(yuǎn)離火花塞的外層空間（靠近氣缸壁與活塞頂部）混合氣則偏稀。這樣混合氣就形成了由內(nèi)及外、由濃到稀的狀態(tài)，只有這樣才算為下一步的分層燃燒做好了準(zhǔn)備，那么這種不均勻的混合氣又是如何形成的呢？
要想實(shí)現(xiàn)這種混合氣的狀態(tài)，缸內(nèi)直噴技術(shù)就必不可少了。發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程活塞下行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦（ECU）會(huì)控制噴油嘴先進(jìn)行一次少量的噴油，使氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣，此時(shí)混合氣的空燃比λ>1。而在壓縮行程，活塞上行時(shí)會(huì)進(jìn)行第二次噴油，利用活塞頂部的特殊結(jié)構(gòu)或者噴油嘴的噴射角度讓火花塞附近出現(xiàn)混合氣相對(duì)較濃的區(qū)域（λ<1），然后利用這部分較濃的混合氣來(lái)引燃汽缸內(nèi)的稀薄混合氣，保證了在順利點(diǎn)火的情況下盡可能地實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，這也正是分層燃燒的精髓所在。
『視頻很好地展示了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣渦流的產(chǎn)生以及點(diǎn)火前的兩次噴油方式』
除了在進(jìn)氣行程和壓縮行程進(jìn)行兩次噴油來(lái)實(shí)現(xiàn)分層注油模式外，還有一種方法也能達(dá)到同樣的效果。這就是只在壓縮行程的某一個(gè)時(shí)刻來(lái)進(jìn)行一次噴油，由于特殊設(shè)計(jì)的噴油嘴角度可以使噴出的燃油恰好位于火花塞附近，這樣就在火花塞附近形成了偏濃的混合氣，最終同樣可以達(dá)到分層燃燒。
在分層燃燒模式下，整個(gè)空燃比λ=1.6~3（空氣過(guò)量），這就可以用更少的燃油達(dá)到同樣的燃燒效果，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗更低。同時(shí)在分層燃燒狀態(tài)下，只有火花塞附近的區(qū)域進(jìn)行燃燒，最外側(cè)極為稀薄的混合氣相當(dāng)于一個(gè)隔熱棉，可以將通過(guò)缸壁傳導(dǎo)所損失的熱量降到最低，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)整體的熱效率。
| 兩種不同燃燒方式的對(duì)比 | |||
| 條件 | 噴油時(shí)間 | 空燃比 | |
| 分層燃燒 | 發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速情況下 | 進(jìn)氣和壓縮行程分別進(jìn)行噴射或者只在壓縮行程進(jìn)行噴射 | λ=1.6~3 |
| 均質(zhì)燃燒 | 發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速情況下 | 進(jìn)氣行程 | λ=1 |
不過(guò)分層燃燒模式并不是在發(fā)動(dòng)機(jī)的任何工況下都適用的，只有在比較柔和的駕駛方式下才能實(shí)現(xiàn)分層燃燒，而在需要?jiǎng)恿π阅艿臅r(shí)候，就需要轉(zhuǎn)換到均質(zhì)燃燒模式。該模式下，只在進(jìn)氣行程進(jìn)行一次噴油，這樣在點(diǎn)火前，氣缸內(nèi)所形成的混合氣的濃度是均勻的，而且空燃比λ≈1。此外，分層燃燒技術(shù)存在著一個(gè)目前難以得到綜合性解決的氮氧化物排放問(wèn)題，而這也是該項(xiàng)技術(shù)在歐洲逐步取消的根本原因。
