发动机分层充气技术，鸡肋？

liuxianglong

采用分层充气的汽油直喷技术使得汽油发动机的油耗下降到了柴油发动机的水平。但遗憾的是：它也像自燃点火的发动机一样会产生微型颗粒。稀混合气发动机真的走到尽头了吗？

老式汽油发动机排出的是浓浓的黑烟，最典型的是老式拖拉机排气管中排出的这股黑烟。这不像现代化汽车中排出的那种淡淡的、几乎是无色无味的“清云”那样有利于人们的健康。但是，这样的“清云”并不表示不危险。燃烧时产生的微粒越小，它所带来的危险性就越大。当这些微粒的大小小于2.5μm时，就会被人们吸入到肺部，并通过血管进入人体的器官组织，作为有害物质积留在那里。因此，科学家们将空气中有害微粒视为空气净化中的最大问题。

然而自相矛盾的是：微型颗粒是发动机提高功率、降低油耗的一个条件，它极高的喷射压力、很高的燃烧温度以及极为细腻的燃油雾化特点被作为一项成功的技术进入了市场。

尾气颗粒的问题

尾气颗粒的问题并不只限于柴油发动机。相反，在汽油发动机中也遇到了同样的微小颗粒的问题。在汽油发动机燃烧时局部油-气混合气过浓时汽油发动机也会出现尾气颗粒的问题。在传统的汽油发动机经过混合气均匀混合之后，只在满负荷浓混合气时或者在汽油机出现故障后才出现尾气颗粒的问题。只有在现代化的汽油直喷系统中，尾气颗粒才真正地成为一个问题。

这样一来，从一个有利的优点中出现了一个不利的缺点。直接喷射，尤其是在非常节油的分层充气的发动机中，要求汽油发动机的油耗能够与柴油发动机相比较，但是却忽略了在稀混合气中工作的发动机（λ=2～4）此时也会产生尾气微粒，尽管是在混合气过浓时。另外还有一个从稀混合气到均质燃烧过程之间的过渡问题。复杂的内部混合气形成技术和围绕在火花塞周围的云雾状易燃混合气形成技术不是每一个生产厂家都能掌握的。







尾气中的有害颗粒不只是柴油机的问题



柏林环境保护局（UBA）负责“降低车辆有害物质排放和节能”工作的专家指出，有尾气颗粒排放达到了柴油机水平的汽油机模型。在这一问题上，有些生产厂家认为：将不检查汽油发动机尾气排放中的有害颗粒，对汽油机排放中的颗粒没有限制。但这只能说，由于目前汽油直喷发动机的数量还很少，UBA目前还没有开展这项检测。

新的法规

然而法律法规的制定者却对汽油发动机尾气颗粒做出了明确规定，也许将会为此制定一部新的法律。从2005年起，德国出台了一项禁令：当汽车的尾气颗粒超过规定的极限值时，将被禁止使用。例如：在人来人往的十字路口的极限值为年（日）平均40～50mg/m3。而专家们则认为：如果每一个公民都充分利用这一法规为自己驾车提供方便时，将会导致交通情况的混乱。

共同减少尾气颗粒的排放

也许市场中采用分层充气发动机的车辆较少不是一件坏事，但只有大众公司在减少FSI（燃油直接喷射技术）发动机的产量。

自那时起，大众公司又重新拿起了分层充气均质燃烧技术。该公司的发言人Hoffmann先生指出，直接喷射技术产生的尾气颗粒在极限范围之内。他还对此进行了简要的说明：在编制元器件的控制程序时，从整个集团公司的角度出发统一了各种发动机的控制技术，公司也从分层充气转换到均质燃烧方面来了，因为一些大型石油生产供应商们告别了传统的Super-Plus柴油，他们只供应价格更高的99号或者100号的Super-Plus柴油，而公司的客户对这种价格的提高不太关注。





汽油直喷发动机的工作特性


尽管大众公司已经向均质燃烧进行了转换，但是Hoffmann先生还是认为仍然有一部分分层充气技术的发动机将投入市场，还留了一点稀混合气发动机进一步研发、赢得用户的希望。这种长期以来一直“不健康”的发动机在其扭矩曲线和加油门时的自燃性能方面也有些不足。用户们则倾向于提高转速来弥补这一不足，这样一来，就完全丧失了直喷技术油耗低的优点。

大众公司的竞争对手，欧宝公司的发言人Karl Mauer先生在谈到欧宝公司之所以选择了均质燃烧，放弃了分层充气技术的原因时指出，由于均质汽油直喷燃烧技术很好的性能价格比，可以省略分层直喷技术不可缺少的低硫/无硫燃油和价格昂贵的尾气后处理系统、NOX催化器。而与这些相对应的分层充气技术只有油耗低一个优点。在欧宝公司分层充气发动机的试验中，他们实现的有害气体排放量达到了柴油机的1/10。

宝马公司的试验结果也非常相似。慕尼黑的汽车制造者着重采用了进排气门变量控制技术方案，并且不打算采用稀混合气方案，因为他们生产的稀混合气技术的发动机只有200 CGI一种。

结果看起来也许再次发生了卓有成效的技术进步，但是宝马公司的Valvetronic和欧宝公司的Twinport都已经与分层充气技术擦肩而过。





在2001年度的IAA汽车博览会上1.4L的Lupo FSI发动机还是人们关注的焦点。当时带有宽带NOX传感器的前三元催化器和温度传感器（左图）以及NOX -Trap催化器（右图）刚刚问世



过渡期已经结束

联邦政府环境保护部部长在2002年时就提出了交通强制管制的警告。开始的时候，几乎没有人觉得有什么不同。但是自从2005年起严格的欧洲空气质量标准开始实施之后情况有了变化。在曾经过去的一年中，规定的NOX年度极限值大大地超出了规定。

根据联邦政府环境保护部的观点：短期的措施不是一种有效的解决问题的方法。在市内的有害气体检测中，尾气颗粒的含量经常超出欧盟标准中允许的每日最高峰值。环境保护部长在他的一份报告中指出，当前的研发工作刻不容缓，只有这样才能保证不超出欧盟标准规定的NOX和尾气颗粒极限值。

xiaocheng

针对“发动机分层充气技术是否为鸡肋”这一问题，我的看法是：发动机分层充气技术并非鸡肋。它是一种先进的发动机技术，能够提高发动机的燃烧效率和性能，减少燃油消耗和排放。虽然该技术的实施成本较高，但在提高发动机性能、优化燃油经济性以及减少环境污染方面，其作用显著。因此，发动机分层充气技术在现代汽车工程中仍具有广泛的应用前景。