燃煤的分层燃烧

分层给煤燃烧,是将煤仓中溜下来的原煤经过转动的辊筒疏松后,落到筛板上。粒度大的颗粒从筛板上落到炉排上,粒度小的漏到筛下的炉排上,随着炉排的转动,形成了下大上小的给煤层次,使煤层通风均匀,提高了炉膛温度,利于燃尽。

燃油的分层燃烧

所谓分层燃烧系统,即是依靠进气涡流或采用机械方法,使进入气缸中的混合气浓度依次分层,使燃烧室中的混合气在火花塞附近形成易于点燃的较浓混合气,(空燃比为12~13.5)以保证可靠的点火,而燃烧室的其余大部份地区都是稀混合气,有的地方甚至只是空气,这样,燃烧室内总的空燃比平均在18:1以上,有时甚至更高。由于火花塞附近浓混合气燃烧火焰的引燃,可以使燃烧室中大部份稀混合气正常然烧,从而达到汽油机使用稀混合气的目的。这种将混合气在燃烧室中分为浓、稀两部份进行燃烧的发动机称为分层燃烧系统。

分层燃烧模式在进气过程中节气门开度相对较大，减少了一部分节流损失。进气过程中的关键是进气管中安置一翻板，翻板向上开启（原理性质，实际机型可能有所不同）封住下进气管，让进气加速通过，与ω形活塞顶配合，相成进气涡旋。

分层燃烧时喷油时间在上止点前60°至上止点前45°，喷射时刻对混合气的形成有很大影响，燃油被喷射在活塞顶的凹坑内，喷出的燃油与涡旋进气结合形成混合气。混合气形成发生在曲轴转角40°至50°范围内，如果小于这个范围，混合气无法点燃，若大于，就变成均质状态了。分层燃烧的过量空气系数一般在1.6-3之间。

点火时，只有火花塞周围混合状态较好的气体被点燃，这时周围的新鲜空气以及来自废气再循环的气体形成了很好的隔热保护，减少了缸臂散热，提升了热效率。点火时刻的控制也很重要，它只在压缩过程终了的一个很窄的范围内。

燃煤的分层燃烧

1、燃烧热效率一般可以提高8-12%左右。

2、炉渣含炭量可以降至10%左右。

3、提高煤种适应性。

4、改造后锅炉可以满负荷运行。

5、升温升压快，点火方便。

6、故障率低，使原来烧损挡渣器、侧密封烧煤斗的现象从根本上消除。

7、消除因重力作用造成的炉排进煤斗时而形成的两侧块多，中间煤粉多的不均匀给煤状态，达到均匀布煤并分层。

8、改造费用适宜，回收成本快，基本上半年之内收回成本。

燃油的分层燃烧

1.分层燃烧的定义是：燃烧是分浓度层次的，燃烧区中心的燃料浓度较高，燃烧区域外围是空气较多，最后的结果是“完全燃烧”。

2.要求在点火瞬间，火花塞电极处燃汽的浓度正好，以便可靠点火。其他区域有些偏差不要紧;但多年来最难做到的也就是这一点。

3.在发动机“小油门”或怠速时，气缸内只要求在火花塞区域有一点点浓郁燃汽，其他区域都是新鲜空气，可以实现燃油完全燃烧干净。

4.因燃烧到最后的结果是含氧空气还有多余，燃烧可以完全透彻，所以发动机燃油效率极高，常规发动机的不良燃烧污染物也几乎没有。

5.送进气缸里的燃油雾化自然是越细越好，但浓度范围比常规发动机所用的燃油浓度比例大些，这样对“化油器”的调整要简单好办些。

6.因为在“小油门”时有多余的空气将燃烧区域与缸壁、活塞隔开，所以发动机受热不是很严重，发动机作功效率因散热少而有所提高。

7.多数“分层燃烧”的发动机结构是用喷咀对准火花塞喷射雾态燃油，在一点火小室内实施高浓度燃料的点火，而后再扩散燃烧到全部。

8.不使用大量匀质燃汽，不用担心有大规模燃汽受压爆燃事故，故发动机压缩比可以提高，这对于平时提高发动机的做功效率很有好处。

9.这类燃烧方式与常规发动机相反，小油门时极端节油状态特好，适应了多数车辆平时多用小油门，偶尔才使用大油门的实际使用状况。

10.因缸内不全是充满匀质燃汽，所以发动机的“升功率”略微低些，但排量的增加和散热系统的减少，发动机的总重量基本上应差不多。

“分层燃烧”的目的是合理应用“气多油少”的安排，将油料的燃烧进行的完全彻底，所以在发动机中实施分层燃烧一定是以“气多油少”为基本布局。最难最关键的一点是：局部燃汽的浓度要迁就电火花的点火，只要能点着火，其他部分的燃料可多可少就是“油门大小”。

在气流激烈的气缸内实施浓度正好的点火，有点类似在大风天将一杯燃油泼向十米外一根瞬间点燃的火柴，有点难度。除了点火难题外，还有许多其它方面的技术问题;几十年来海外已经实验了不少的设计结构，但至今还没有出现理想完美标准结构的发动机，其难度由此可见。

缸内直喷发动机在中、小负荷工况时采用分层燃烧模式，燃油浓度梯度呈现梯度分布，即在缸壁附近分布的大部分是空气，有效地防止了热量传递给缸体水套，提高了燃烧的热效率。

进气道喷射发动机在冷起动过程中，缸内温度低，油气蒸发不完全，致使实际喷油量远远超过了按理论空燃比计算得到的喷油量，而且在冷起动时易出现失火或不完全燃烧现象，使HC排放增加。相反，缸内直喷技术发动机可以精确的控制每个循环的空气与燃油比例，结合分层燃烧直接起动技术，可以降低冷起动时的 HC 排放，瞬态响应好。2100433B

目前实现分层燃烧的方式有三种：壁面引导方式、气流引导方式、喷雾引导方式，见图 1所示。

GDI分层燃烧模式壁面引导方式

在该种引导方式下，火花塞安装在燃烧室中央，而喷油器与火花塞相距较远，燃油油束朝活塞顶部喷射，借助活塞顶部与燃烧室的结构加上缸内的气流的相互作用，可燃混合气被传送到火花塞附近。由于此种情况下燃油首先被喷入活塞顶部经过气流运动再到达火花塞，因此在活塞顶部会有油膜的存在，在冷启动工况下，该部分油膜不能全部蒸发燃烧，从而会导致未燃 HC 量有所增加。同时该种方式对发动机的喷油正时、点火正时以及缸内的气流运动要求较高。

GDI分层燃烧模式气流引导方式

采用该种方式的直喷汽油机与壁面引导型汽油机不同的是，气流引导式是将燃油油束直接朝火花塞的方向喷射但不直接喷到火花塞，利用缸内的气流运动将混合气送到火花塞附近，因此该种引导方式对缸内气流运动具有强烈的依赖性。理论上讲该种燃油喷射方式不存在活塞顶部的油膜以及燃油着壁现象，可提高汽油机的燃油经济性与减少污染物的生成。要成功运用该种喷油方式需准确控制好燃油喷射与气流的匹配，因此该种方式的实现具有一定的难度，目前应用比较少。

GDI分层燃烧模式喷雾引导方式

与前面两种引导方式不同的是该种燃油喷射方式中，火花塞与喷油器的位置相对较近，在喷油器附近很容易产生较浓混合气，同时缸内易形成分层混合气。该种方式形成的混合气受燃烧室与缸内气流运动的影响较小，因而实现相对容易一些，这种喷雾引导方式也被专家认为最具实现分层燃烧模式的潜力。但是由于火花塞与喷油器位置较近，会导致火花塞积碳，降低火花塞的使用寿命。

在能源与环境的双重压力下，GDI 汽油机应运而生，其借鉴柴油机喷油方式，将燃油直接喷入燃烧室，避免燃油在进气道内不能完全蒸发的问题，从而能够准确控制每个循环喷射燃油量。由于燃油直接喷入燃烧室，在变工况尤其是冷启动工况下，不需喷入过多的燃油，未燃 HC 量会明显下降，并且发动机的瞬态响应性明显提高。同时，燃油直接喷入燃烧室，燃油在燃烧室内的蒸发能够降低燃烧室温度，在增加发动机进气效率与压缩比的同时降低了发动机爆震的倾向。随着 GDI 汽油机的发展，其逐渐也演变为两种燃烧方式：GDI 均质燃烧模式、GDI 分层燃烧模式。