一 汽油机燃烧过程     1．正常燃烧过程     人为地分为三个阶段     1）着火延迟期     从火花塞点火至气缸压力明显脱离压缩线而急剧上升时的时间或曲轴转角。着火延迟期应尽量短，并保持稳定。     2）明显燃烧期     从形成火焰中心到火焰传遍整个燃烧室，常指压力达到最高点。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。     3）后燃期     指明显燃烧期以后的燃烧。后燃期远离上止点，应尽量减少。

汽油机的燃烧过程 — 着火延迟期 — 明显燃烧期 — 补燃区 1 — 开始点火 2 — 形成火焰中心 3 — 最高压力点

2．燃烧速度     燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量。     1) 火焰速度UT     影响火焰速度的主要因素有：     (1) 燃烧室中气体的紊流运动，紊流增强火焰速度增加。

紊流强度与火焰速度比的关系

(2) 混合气成分     ＝0.85～0.95时，火焰速度最大，功率最大但经济性差。     ＝1.03～1.1时，火焰速度降低不多，经济性最好。     >1.3～1.4时，火焰难以传播，汽油机不能工作，此混合比称为火焰传播下限。     <0.4～0.5时，由于严重缺氧，火焰不能传播，这种混合比称为火焰传播上限。

混合气体成分对火焰传播的影响

(3) 混合气初始温度高，火焰速度增加。     2) 火焰前锋面积AT     利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合，可以改变不同时期火焰前锋扫过的面积，以调整燃烧速度。下图为不同燃烧室火焰前锋面积变化的情况。它直接影响到明显燃烧期相当曲轴转角的位置及燃烧速度变化的情况，与压力上升密切相关。

燃烧室的形状与粗暴性的关系

3．不规则燃烧     汽油机不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。     1）各循环间的燃烧变动     下图为n和Pmax值随循环数的变动。从中可以看到变化较大，是不应忽视的，低负荷时情况还要严重。这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧倾向增加，整个汽油机性能下降。

n和Pmax随循环数的变动

产生这种现象的主要原因是：火花塞附近混合气的混合比和气体紊流性质、程度在各循环均有变动，致使火焰中心形成的时间不同，即由有效着火时间变动而引起。     2）各缸间燃烧差异     汽油机由于是外部混合，在汽油机进气管内存在着空气、燃料蒸气、各种比例的混合气、大小不一的雾化油粒以及沉积在进气管壁上厚薄不同的油膜，要均匀分配到各个气缸是很困难的。各缸进气歧管的差别，各缸间进气重叠引起的干涉等现象，导致各缸进气量、进气速度以及气流的紊流状态等不能完全一致。因此，在多缸汽油机上，各缸混合气成分存在差异。各缸混合气成分不同，使得各缸不可能在最佳调整状况下工作，即各缸不可能都处于经济混合气或功率混合气浓度，从而整个汽油机功率下降，耗油率上升，排放性能恶化。     4．燃烧室壁面的熄火作用     在火焰传播过程中，燃烧室壁对火焰具有熄火作用，即紧靠壁面附近的火焰不能传播。这样，在熄火区内存在大量未燃烧的烃，它是汽油机排气中HC的主要来源之一。一般解释缸壁熄火是由链反应中断和冷缸壁使接近缸壁的一层气体冷却所造成。根据试验观察可知，当=1左右，熄火厚度最小，混合气加浓或减稀，此厚度均增加；负荷减小时，熄火厚度显著增加；燃烧室温度、压力提高，气缸紊流加强，熄火厚度均减小。     根据熄火厚度可以推定熄火领域的容积，从而可以说明排气中HC的浓度。应尽量减小熄火厚度及燃烧室的面容比F/V以降低汽油机的HC排出量。     5．爆燃     产生原因是在正常火焰传播的过程中，处于最后燃烧位置上的那部分未燃混合气，被进一步压缩和辐射热的加温，加速了先期反应，混合气开始自燃，而这部分混合气燃烧速度极快，使局部压力、温度很高，并伴有冲击波。使发动机噪声加大，发动机过热，功率下降。     影响因素：     1）燃料性质     辛烷值高的燃料、抗爆燃能力强。四乙铅添加剂能有效地提高燃料的抗爆燃能力，但这会排出有毒的含铅颗粒，污染大气并影响催化剂的使用，因此近年来各国都对含铅汽油的使用加以控制。     2）末端混合气压力和温度     末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大。例如，提高压缩比，则气缸内压力、温度升高，爆燃易发生；又如，气缸盖、活塞的材料使用轻金属，由于其导热性好，末端混合气压力、温度低，爆燃倾向小，可提高压缩比0.4～0.7单位。     3）火焰前锋传播到末端混合气的时间     提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，这有利于避免爆燃。例如，气缸直径大时，火焰传播距离增加，爆燃倾向增大，故没有很大缸径的汽油机。     6．表面点火     在汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热物点燃混合气的现象，统称为表面点火。它的点火时刻是不可控制的，多发生在 =9以上的强化汽油机上。     早燃是指在火花塞点火之前，炽热表面就点燃混合气的现象。由于它提前点火而且热点表面比火花大，使燃烧速率快，气缸压力、温度增高，发动机工作粗暴，并且由于压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降，火花塞、活塞等零件过热。

早燃时的示功图

早燃会诱发爆燃，爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促使更剧烈的表面点火，两者互相促进，危害可能更大。     表面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致，没有压力冲击波，“敲缸声”比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动面造成。各种燃烧示功图的比较如下图所示。

各种非正常燃烧过程的 图

7．使用因素对燃烧的影响     1）混合气浓度     =0.85～0.95时，功率最大但经济性差，爆燃倾向大。     ＝1.03～1.1时，经济性最好，NOX排放大。     使用α<1的浓混合气工作，由于必然会产生不完全燃烧，所以CO排放量明显上升。     当α<0.8及α>1.2时，火焰速度缓慢，部分燃料可能来不及完全燃烧，因而经济件差HC排放量增多且工作不稳定。可见，在均质混合气燃烧中，混合气浓度对燃烧影响极大，必须严格控制。

功率及耗油率随供油量B 的变化（节气门、转速一定）

2）点火提前角     点火提前角是从发出电火花到上止点间的曲轴转角。受转速、负荷、过量空气系数等因素影响。     当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角改变而变化的关系称为点火提前角调整特性。对应于每一工况都存在一个“最佳”点火提前角，电喷发动机可保证始终工作在最佳提前角附近。这时汽油机功率最大，耗油率最低。点火角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增加，且最高压力升高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。点火过迟，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，功率、热效率降低，但爆燃倾向减小，NO排放量降低。

型汽油机的点火调整特性 a) 节气门全开 b) 转速

点火提前角不同时的 图

3）转速     转速增加时，汽缸中紊流增强，火焰速度大体与转速成正比增加，因而以秒计的燃烧过程缩短，但由于循环时间亦缩短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应该相应加大点火提前角，装置离心调节点火提前器。转速增加时，火焰速度亦增加，爆燃倾向减小     4）负荷     由于发动机负荷调节是量调节，当负荷减小时，进入气缸的混合气数量减少，而残余废气量基本不变，故残余废气所占比例相对增加，使混合气稀释程度变大，起火界限更窄，火焰速度下降，燃烧恶化。为此需要供给较浓的混合气，怠速时可到0.6(A/F=9)左右，由于进气节流而泵气损失加大，冷却水散热损失也相对增加，因此经济性显著降低。为使燃烧过程有效地进行，需要增大点火提前角，装置真空调节点火提前器。负荷减小时，气缸的温度、压力降低，爆燃的倾向减小。     5) 大气状况     大气压力低，气缸充气量减少，则混合气变浓，另外，压缩压力低，着火延迟期长和火焰速度慢，则经济性和动力性下降，但爆燃倾向减小。     大气温度高，同样气缸充气量下降，经济性、动力性变差，而且容易发生爆燃和气阻。     气阻是由于燃油蒸发而在供油系中形成气泡，减少甚至中断供油的现象。因此，在炎热地区行车时，应加强冷却系散热能力，用泵油量大的汽油泵；反之，在寒冷地区行车时，要加强进气系统的预热，增强火花能量等，以保证燃油雾化、点火及起动。     二 汽油机混合气的形成     汽油机混合气形成的方式有两类：化油器式、汽油喷射式，都属于在气缸外部形成混合气，依靠控制节气门开度来调节混合气量。

化油器进气道结构

1．化油器式混合气的形成     1) 理想化油器特性     全负荷时，即节气门全开时，应向气缸提供适当加浓的功率混合气，A/F＝12～14。     中等负荷时，即在节气门部分开度时，应有最好的经济性，适宜使用较稀的经济混合气。如下图所示，理想混合气随负荷增加而逐渐变稀，小负荷范围内变化较陡，随负荷加大变化渐趋平缓，负荷超过50%以后，空燃比变化不大，这时A/F约为17。     怠速时，节气门接近全闭，为了抵消废气对新鲜充量稀释的影响、保证稳定运转，需要提供更浓的混合气，A/F＝10～12.4。

理想化油器特性

2) 真空度     所谓喉管真空度，是指在化油器喉管最小截面处因气体流速加大而产生的负压，它对主供油系的油量起控制作用；所谓进气管真空度，是指在节气门之后、混合室及进气管中的负压。这部分负压主要因节气门开度及发动机转速而异，它用来控制怠速油系、真空省油器加浓的时刻及真空点火提前角等。     当节气门开度一定时，转速升高，则喉管真空度及进气管真空度均增加(如下图所示)。不同的是，节气门开度变化，两者差异很大。

喉管真空度及进气管真空度随转速的变化

3）简单化油器特征     化油器喉管真空度为大气压力与喉管最小截面处压力之差，即。若燃油喷口高于浮子室油面的高度为H时，则空气质量流量为

燃油质量流量为     式中 — 分别为流经喉管的空气流量系数及流经量孔的燃油流量系数； — 分别为喉管最小截面积及量孔截面积；— 分别是空气流经喉管最小截面的流速及燃油流经量孔的流速；— 分别是空气密度和燃油密度。     空燃比为     空燃比A/F随喉管真空度的以上变化，就是简单化油器特性。可以认为基本不变。当时，燃油未从喷口流出；当稍大于 时，燃油虽被吸出，但 值极大，A/F极稀；随着增大，值迅速下降，并逐渐趋向于1，A/F随增大而变浓。

简单化油器与理想化油器特性的比较

4) 主供油系的校正     简单化油器特性不适合理想特性的原因。在于随着喉管真空度增加，燃料流量的增加速率超过了空气流量增加的速率。校正的措施不外乎随着增加抑制燃料流量的增加，或者进一步加大空气流量。目前最广泛的校正措施是渗入空气法校正系统。     如下图所示，主喷口4高出浮子室油面的距离为H，在主量孔1后的主油井3中插入了通大气的泡沫管6，泡沫管上部由空气量孔5限制空气的流入，泡沫管下部有几排与主油井相通的泡沫孔2。

5) 满负荷加浓与怠速加浓     (1) 满负荷加浓     主供油系校正的结果，使化油器可以在部分负荷情况符合需要，但当发动机在全负荷运行时，还需要另外设置功率加浓系统，提供浓的功率混合气，以获取最大功率。这样，将主供油系与加浓系分开。必要时予以加浓的做法，相对说来，起到了确保在部分负荷时节省油料的作用。因此，这种功率加浓系统又称为省油系统(或省油装置)。省油系统主要分为两类：     机械省油器：靠节气门开度位置控制打开加浓量孔的推杆     真空省油器：当发动机转速下降或节气门开度加大，使进气管真空度减至某值后，开始加浓。     (2) 怠速加浓     发动机在怠速运行时，节气门开度很小，设置在真空度很大的节气门之后的怠速油孔，可保证在怠速和小负荷时获得所需的浓混合气。但随着节气门稍许开大，进入混合室的空气量迅速增加。与此同时，进气管真空度降低很快，怠速油量立即减少，将使混合气变得极稀、甚至熄火。为此，在怠速油孔之上应设置过渡喷口，过渡喷口的作用是使怠速系供油延长到节气门较大的开度，使其与主油系更好地衔接，达到圆滑过渡的目的。     在主油系上设置省油系及怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在稳态工况下工作。

怠速油系 1、2 — 量孔 3 — 调节螺钉 4 — 怠速喷口 5 — 过渡喷口

三 化油器变工况运行     1．加速过程     当节气门突然开大时，由于油量增加滞后于空气量增加，加上进气管真空度降低，破坏了进气管中原来燃料的汽化条件，因而出现混合气成分瞬时变稀，于是发动机扭矩的瞬时变化与缓慢开启节气门在稳定工况下扭矩上升的情况不同（见下图）。从图上看出，加速过程中扭矩上升有一段滞后，各相应点扭矩下降很多。

加速过程的扭矩

2．急减速过程     实践表明，一旦抬起油门踏板(节气门突然关闭)，则进气管真空度激增，于是沿进气管壁面流动的液膜便迅速蒸发，使混合气变浓。而且由于进气管真空度很高，使得减速过程中燃烧恶化，排气的有害成分增加很快。由于进气管液膜的存在，即使在关闭节气门的同时切断怠速供油，排气有害物的增加也不能幸免。为了减少在急减速过程中的HC含量，可以采用以下措施：     (1) 在化油器上设置节气门缓冲器，减慢节气门关闭速度。     (2) 在滑行时利用电子装置控制节气门开度，提供适量的混合气，维持正常燃烧，减少HC的排放量。     3．起动过程     起动是汽油机重要的不稳定过程。起动包括起动与暖机两个阶段。“起动”是指从发动机静止状态到持续运转；“暖机”是指从持续运转到各部分温度上升至正常的工作状态。在起动时，转速极低，流经喉管的气流速度也极低。这时，油蒸气的蒸发量很小。因此，要使气缸中的混合气成分达到着火界限，化油器必须设置起动系统，供给更多的汽油使总的混合气成分大大加浓，以保证汽油机在低温下着火。当发动机开始运转后，转速提高了，喉管真空度增加，燃料蒸发量加大，因此在暖机时要求比起动瞬间有稍稀的混合气。但为保证发动机冷车怠速运转圆滑稳定，并能加快暖机时间、在实际使用中常常需要进一步加大怠速时节气门开度，并提高怠速转速，保持在所谓快怠速状态。为了满足要求，常用的起动装置是阻风门。阻风门设置在喉管前，阻风门关闭后，整个化油器的喉管、混合室都处于高真空下，主油系、怠速油系、加速供油系统都会供油，实现浓混合气的目标。起动运转平稳后，阻风门打开。     下图中a表示起动时需要的空燃比，起动后要求的空燃比沿ab线迅速减稀至b点，b点为发动机冷车持续运转所需的空燃比。从b点到c点是暖机过程中空燃比变化的情况。与起动过程(ab线)相比，暖机过程中空燃比的变化较为平缓，c点为暖机结束，开始正常运转时的空燃比。

起动过程中A/F的变化

四 汽油喷射式混合气形成     1．发展历史     1898年道依茨公司批量生产固定式内燃机采用汽油喷射技术。1906年在二冲程航空发动机上采用。     1930年德国schnanffer博士研究缸内喷射。30年代汽车上开始使用喷射技术，由于二冲程发动机使用喷射技术经济性明显。四冲程发动机直到1967年波许公司开发了电控喷射技术，开始逐渐发展起来。     2．电喷发动机的分类     1）按喷油器安装位置分类     可分为单点汽油喷射系统（是指在节气阀体上安装一只或两只喷油器）和多点汽油喷射系统（是指在每一个气缸的进气门前均安装一只喷油器，喷油器时时喷油）     2）按汽油的喷射方式分类     缸内喷射 该喷射方式是将汽油直接喷射到气缸内。     进气管喷射 该喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。     3）按进气量的检测方式分类     直接式检测方式 该方式是由空气流量计直接测量进气管进气总管的空气量，这种方式也称为质量流量型。     间接式检测方式 该方式不是直接检测空气量，而是根据发动机转速及其他参数推算出吸入的空气量，现在采用的有两种方式：其一是根据进气管压力和发动机转速，推算出吸入的空气量，并计算适量的燃料量的密度；其二是根据测量节气门开度和发动机转速，推算出吸入的空气量，并计算燃料量的节流速度。     4）按喷射时间分类     可分为同时喷射、顺序喷射、分组喷射。     5）按结构分类     按喷射系统的结构可分为机械控制式和电子控制式两种。     6）按空气量的检测方式分类     可分为支管压力计量式、叶片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式等。支管式压力计量式的电控汽油喷射系统是将支管绝对压力和转速信号输送到ECU，由ECU根据该信号计算出充气量，再产生与之相对应的喷油脉冲，控制电磁器喷射适量的汽油；采用叶片式空气流量计和卡门旋涡式空气流量计的电控汽油喷射系统，其空气流量计的计量方式均属体积流量型，即通过计量气缸充气的体积量，以控制混合气空燃比在最佳值。     7）按喷射压力分类     低压600KPa以下，高压3.8～10 。     五 电喷系统的构成     1．空气系统     用来检测发动机的进气量，计算相应的供油量。根据空气流量的计量方式不同，空气流量检测方法可分为两种：一种是直接通过流量传感器测量空气量，常用传感器有叶片式、热线（热膜）风速式、卡门涡街式。另一种是测量进气管真空度及进气温度计算出进气量。见下图：

卡门涡旋式空气流量计

热线式空气流量计

热膜式空气流量计

2．燃料系统     燃料系统的主要部件是电动汽油泵、喷嘴和压力调节器。     电动汽油泵是将直流电动机与转子式(或叶轮式)汽油泵联成一体的结构。根据它在供油回路中安装位置的不同，可分为油箱外置式与油箱内置式。     喷嘴内设置电磁线圈、插棒式铁心(即磁心)、针阀等，针阀与铁心连成一体，当电磁线圈通电时，铁心被吸引，针阀开启。喷嘴输出特性为：电磁线圈通电的时间决定了喷油量的多少。     压力调节器的作用是使喷嘴的供油压力相对于进气管压力总是高出一个恒定值。压力调节器膜片下部为从汽油泵压入并充满整个燃料室的压力油，膜片上部受到弹簧力及进气管压力的作用。当进气管压力变化，使膜片受力后的平衡位置发生变化，从而控制经出口流回油箱油量的增减，来保证喷嘴针阀两端的压差恒定，防止因进气管压力变化而引起喷油量变化。     3．控制系统     由各类传感器、电器及控制单元（ECU）组成。传感器包括：速度、水温、排气温度、爆燃、氧量等传感器。ECU通过接受各传感器信号，对供油量进行计算，并根据工况变化引起传感器信号变化进行修正，同时对点火提前角进行控制。通过对排气中氧浓度的检测，反馈控制喷油量，使发动机始终工作在理论空燃比附近。     六 常用典型燃烧室     1．对燃烧室的要求     (1) 结构紧凑     面容比小，火焰传播距离小，散热损失小。     (2) 具有良好的充气性能     对于充气性能的好坏，主要考虑进气门、进气道的布置。应允许有较大的进气门直径或进气流通面积，适于多气门布置。进气转弯少，使混合气尽可能平直、光顺地流入燃烧室。

半球形和斜浴盆形燃烧室充量效率的比较

(3) 火花塞位置安排适当     利于混合气混合，布置于温度低的地方，使火焰传播距离短。     (4) 燃烧室形状合理布置     满足速燃要求，表面光滑，避免凸凹不平。

(5) 组织适当的紊流运动     增大紊流可以提高火焰速度，冷却末端混合气减少循环变动，减小熄火厚度，可通过进气涡流和挤流来产生紊流。

汽油机产生紊流的方法有进气涡流和挤流两种。     进气涡流是利用进气口和进气道的形状在进气过程中造成气流绕气缸中心线的旋转运动，由于进气涡流加快了火焰传播速度，提高了燃烧速率，使热效率提高。

天津7100轿车用发动机组织进气涡流实例

挤流是当活塞接近压缩行程终点时，利用其顶部和缸盖底面之间的狭小间隙(称挤气间 隙）将混合气挤入主燃烧室内而产生，可利用燃烧室形状来控制涡流的大小和发生位置以及在燃烧室内扰动的形成及其强度。     （6）防止爆燃与早燃     应对末端混合气进行冷却，燃烧室应避免局部点和突出物，以防止爆燃与早燃。     2．典型燃烧室     1）浴盆形燃烧室     制造工艺性好，但面容比大，压缩比小，火焰传播距离长，动力性、经济性不高。     2）楔形燃烧室     燃烧室较紧凑，火焰传播距离短，有一定的挤气面积，压缩比较大，充气性能好，经济性、动力性好。     3）多球形燃烧室     形状如帐篷状，可布置多气门，面容比小，充气效率较高，动力性，经济性好，但噪声较大，目前采用较多。     4）使用均质稀燃混合气的燃烧室     使用稀薄混合气，可提高压缩比，提高发动机经济性，可降低排放污染，像CO、NOx都随空燃比的增加而降低。     5）火球高压缩比燃烧室     燃烧室分两部分，充分利用涡流和挤流，可使用高压缩比，空燃比可增加到19，但要求使用高辛烷值的汽油。     6）碗形燃烧室     燃烧室在活塞顶部，而一般汽油机的燃烧室都在气缸盖内。使用高辛烷值汽油，已在波尔舍车上应用。     7）四气门稀燃系统     采用两个进气道，切向进气道和直进气道，双孔喷嘴，充分利用进气道的气流变化，形成涡流，加速火焰的传播。     七 分层给气式燃烧室     1．分层给气燃烧     分层给气可以使发动机在浓混合气部分点燃，在较稀的混合气内传播火焰，克服传统汽油机混合气浓度范围窄，压缩比低的缺陷。可实现混合气的质调节，空燃比变化范围大。     2．分层给气燃烧室     1）美德士古燃烧系统     它是汽油喷射统一式的类型，如图所示。气流经螺旋气道进入气缸，形成强烈的进气涡流运动。在压缩上止点前30。曲轴转角左右通过喷嘴( 也可用柴油机常规单孔喷嘴)，喷油压力大约为2000kPa左右，将燃油顺气流喷入燃烧室，燃油随着气流流动，首先油束外表面的小油粒在喷油后很快蒸发形成可燃混合气。火花塞位于油束下方的一个边缘，这样它正处于较浓混合气的附近容易着火的位置。着火后火焰及燃气随气流扩展，燃烧着的混合气被空气涡流带离火花塞和喷嘴，新鲜空气又被涡流带到燃油映射区域。这种燃烧系统并不一定利用气缸中的全部空气，小负荷时，燃烧产物扩展区域并不大，随负荷增加，喷油持续期延长，燃烧产物的区域也随之扩展。因此，它的总空燃比可达100。

美德士古燃烧室

2）本田公司的CVCC燃烧系统     燃烧室分成主燃烧室和副燃烧室两部分。副燃烧室内装有辅助进气门和火花塞，室内有5个火焰孔与主室相通，工作中，供给副室少量浓混合气。 =12.5～13.5，主室供给稀混合气（=20～21.5），通过火焰孔适当混合，在副室及火焰孔附近形成较浓的中间混合气层。点火后，副室混合气着火，并从火焰孔喷出火焰，点燃主室的可燃混合气。由于采用火焰点火燃烧稀混合气，燃烧室内无强烈紊流，因而燃烧缓慢，最高燃烧温度仅为1200左右，使NOx生成量减少（NOx排放量比一般汽油机低三倍）。因此，与其他燃烧室相比，CVCC燃烧室系统的主要优点是其排放性能好。

CVCC燃烧室结构

3) 轴向分层燃烧     轴向分层燃烧是指：对进气管喷射汽油时，只要将喷油定时和空气涡流运动巧妙地配台，就可能实现气缸内混台气的轴向分层，如下图所示。进气过程早期只有空气进入气缸，进气组织较强的涡流；当进气门开启接近最大升程时，将燃料喷入进气道；燃料在涡流的作用下，沿气缸轴向便能发生分层。若涡流运动的径向分量比轴向分量强，刚在压缩过程就能维持这种轴向分层，在火花塞附近一层有较浓的混合气，而其余部分混合气较稀。轴向分层在四气门汽油机上应用较好，有的是只用一个气道产生强烈涡流，也有的是两个气道均形成涡流。

轴向分层工作原理