尚會(huì)超,張力,陳春望,謝德云

(1.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 400044, 重慶; 2.重慶建設(shè)摩托車股份有限公司, 400050, 重慶)

汽油機(jī)雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃特性的測(cè)試分析

尚會(huì)超1,張力1,陳春望2,謝德云2

(1.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 400044, 重慶; 2.重慶建設(shè)摩托車股份有限公司, 400050, 重慶)

在單火花塞均質(zhì)預(yù)混燃燒室結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng),通過改造電控燃油噴射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的穩(wěn)定運(yùn)行。通過設(shè)置雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(過量空氣系數(shù)λ為1)、雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ為1.1)和單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ為1)的狀態(tài),測(cè)試了雙火花塞對(duì)輕度均質(zhì)稀燃過程及其燃燒特性的影響。研究表明:雙火花塞在加速缸內(nèi)稀燃的總體效應(yīng)主要體現(xiàn)在10%～50%累積燃燒放熱的前期燃燒期;輕度均質(zhì)稀燃(λ為1.1)狀態(tài)的雙火花塞燃燒放熱和循環(huán)變動(dòng)特性仍明顯優(yōu)于單火花塞化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài);在低負(fù)荷非穩(wěn)定燃燒工況,雙火花塞在加速缸內(nèi)燃燒過程、減小循環(huán)變動(dòng)率和提高燃燒穩(wěn)定性的效果上更加突出。臺(tái)架測(cè)試表明:在稀燃運(yùn)行區(qū)域,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的燃油經(jīng)濟(jì)性較單火花塞化學(xué)當(dāng)量比燃燒模式提升了3%～6%,并有助于降低有害物的排放。

雙火花塞點(diǎn)火;稀薄燃燒;燃燒放熱率;循環(huán)變動(dòng)

汽油機(jī)在部分負(fù)荷工況采用稀薄燃燒,可降低泵氣損失,增加混合氣比熱比,使熱效率得以提高。長期以來,分層稀薄燃燒系統(tǒng)得到廣泛重視和研究[1-4],但由于分層稀燃系統(tǒng)存在混合氣分層狀態(tài)難以精確控制,微粒排放和HC排放較高,NOx排放后處理困難等問題[5-6],加之系統(tǒng)控制復(fù)雜、成本高,直至目前分層稀燃系統(tǒng)并未成為汽油機(jī)產(chǎn)品開發(fā)和投產(chǎn)的主流。

均質(zhì)稀燃是汽油機(jī)實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的另一技術(shù)途徑。汽油機(jī)的強(qiáng)烈循環(huán)變動(dòng)、不完全燃燒、失火等非正常燃燒現(xiàn)象在稀混合氣條件下更加嚴(yán)重[7-8],所以需要采取有效措施來保證充分和穩(wěn)定燃燒。長期實(shí)踐表明,雙火花塞能夠明顯縮短快速燃燒期,降低循環(huán)變動(dòng)率,擴(kuò)大燃燒極限[9-11]。理論上雙火花塞可以改善汽油機(jī)在輕度稀混合氣狀態(tài)下的燃燒特性,由此引發(fā)了人們對(duì)汽油機(jī)雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的研究。

本文在單火花塞均質(zhì)預(yù)混燃燒室結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng),改造電控燃油噴射系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)了雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的穩(wěn)定運(yùn)行。通過設(shè)置雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(過量空氣系數(shù)λ=1)、雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)和單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài),測(cè)試診斷雙火花塞對(duì)輕度均質(zhì)稀燃過程及燃燒特性的影響,驗(yàn)證雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式在提高燃油經(jīng)濟(jì)性上的實(shí)際效果,并探討雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的可行性。

1 樣機(jī)改造與測(cè)試方法

183FMQ為氣道電控噴射單缸斜置式四沖程車用汽油機(jī),其缸徑行程為83 mm×71.6 mm,壓縮比為8.7∶1,6 500 r/min下最高功率為17 kW,5 000 r/min下最大扭矩為26 N·m。183FMQ原機(jī)采用單火花塞點(diǎn)火,本文在原有氣缸蓋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上新增火花塞構(gòu)造,涉及新增加火花塞密封、火花塞與機(jī)油間的隔離、套筒與氣缸蓋間的密封、套筒與鏈輪室蓋間的密封、火花塞與氣門間的運(yùn)動(dòng)干涉、火花塞與正時(shí)鏈輪的運(yùn)動(dòng)干涉等,改造后183FMQ為雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了兩種新增火花塞布置方案,即傾斜布置和水平布置,如圖1所示。水平布置時(shí),兩個(gè)火花塞不對(duì)稱,其實(shí)際應(yīng)用情況較少,且加工空間有限;傾斜布置時(shí),雙火花塞位置基本對(duì)稱,火花塞優(yōu)化設(shè)計(jì)的位置空間比較大。鑒于此,本文選擇雙火花塞沿氣缸中心對(duì)稱且傾斜布置進(jìn)行樣機(jī)制造和測(cè)試。

(a)傾斜布置

(b)水平布置

為實(shí)現(xiàn)輕度均質(zhì)稀燃模式,對(duì)電控燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行了改造,除怠速控制、噴油時(shí)刻控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制等基本功能外,還增加了雙火花塞點(diǎn)火和二次噴射功能。雙火花塞點(diǎn)火通過在電噴系統(tǒng)中增加一個(gè)點(diǎn)火模塊來實(shí)現(xiàn),可獨(dú)立控制雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)中各個(gè)火花塞點(diǎn)火時(shí)刻;二次噴射功能要求每個(gè)循環(huán)中可分別在壓縮上止點(diǎn)與排氣上止點(diǎn)按比例進(jìn)行兩次燃油噴射。在壓縮上止點(diǎn)時(shí)燃油噴入進(jìn)氣道底部,利用燃燒產(chǎn)生的高溫可使油膜蒸發(fā)且在下一個(gè)進(jìn)氣行程吸入氣缸,形成較為均勻的混合氣。

在輕度均質(zhì)稀燃狀態(tài)(λ為1、1.05、1.1、1.2)下對(duì)電控燃油噴射系統(tǒng)重新進(jìn)行臺(tái)架標(biāo)定,并進(jìn)行稀薄燃燒區(qū)域的初步設(shè)置。點(diǎn)火提前角標(biāo)定中,雙火花塞最佳點(diǎn)火提前角明顯滯后于單火花塞狀態(tài),而不同均質(zhì)稀燃狀態(tài)(λ為1、1.05、1.1、1.2)對(duì)點(diǎn)火提前角的影響則相對(duì)較小。在兩次噴油比例標(biāo)定測(cè)試中,第二次噴油比例為10%或90%時(shí),尾氣中測(cè)得的λ發(fā)生明顯變化,這是由于兩次噴油中,其中一次噴油脈寬比噴油器動(dòng)作的時(shí)間少,導(dǎo)致此次噴油無效的緣故。在剔除10%和90%噴油比例后,燃油消耗率與第二次噴油比例基本無關(guān),但CO、HC排放隨著第二次噴油比例的增大而增大,NOx排放隨著第二次噴油比例的增大而減小,如表1所示,這是由于第二次噴射燃油的霧化不完全而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不充分的緣故。

表1 4 000 r/min下噴油比例對(duì)排放的影響

在不同的負(fù)荷及火花塞數(shù)量下,對(duì)缸內(nèi)輕度均質(zhì)稀燃特性進(jìn)行了測(cè)試。燃燒診斷中:采用Kistler 6052B壓力傳感器采集缸內(nèi)壓力信號(hào),再由5011B電荷放大器將壓電傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào);采用Kistler 2613B曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)發(fā)生器采集轉(zhuǎn)角信號(hào),采樣分辨率為0.1°;由DEWE-2010燃燒分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。燃燒測(cè)試中選取了有代表性的進(jìn)氣管壓力,分別為45、60、75、90 kPa,測(cè)試時(shí)轉(zhuǎn)速為最大扭矩下的轉(zhuǎn)速5 000 r/min,且分別在雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)、雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)和單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)下進(jìn)行。

2 燃燒測(cè)試診斷

2.1 雙火花塞對(duì)稀薄燃燒壓力和壓力升高率的影響

在各種負(fù)荷下,缸內(nèi)最高燃燒壓力pmax及壓力升高率最大值從高到低對(duì)應(yīng)的工況依次為:雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)、雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài)、單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)。5 000 r/min時(shí)在不同負(fù)荷下的缸壓測(cè)試數(shù)據(jù),除低負(fù)荷(進(jìn)氣管壓力pin為45 kPa)外,最高燃燒壓力對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角從小到大與最高燃燒壓力從高到低對(duì)應(yīng)的工況順序相同,如圖2所示。

(a)最高燃燒壓力

(b)壓力升高率最大值

(c)最高燃燒壓力對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角

在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),采用雙火花塞時(shí)缸內(nèi)最高燃燒壓力及壓力升高率明顯提高,同時(shí)中、高負(fù)荷下,最高燃燒壓力提高及其對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角提前,使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了較大的膨脹比,從而提高了循環(huán)熱效率[12]。低負(fù)荷時(shí),單火花塞λ=1的燃燒持續(xù)期較長,燃燒放熱速度降低,使得最高燃燒壓力對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角相對(duì)較小。

在輕度均質(zhì)稀燃狀態(tài)(λ=1.1),測(cè)得的雙火花塞的缸內(nèi)最高燃燒壓力及壓力升高率相對(duì)于雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比時(shí)有所降低,但仍高于單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)。

2.2 雙火花塞對(duì)稀薄燃燒放熱特性的影響

測(cè)試過程中,5 000 r/min時(shí)不同負(fù)荷下的缸內(nèi)瞬時(shí)燃燒放熱率和累積燃燒放熱率隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的對(duì)比分析表明:在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),雙火花塞的燃燒放熱速度較單火花塞大幅提升,最大燃燒放熱率明顯提高,最大燃燒放熱率對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角提前;在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),雙火花塞的燃燒放熱率仍高于單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài),其累積燃燒放熱率和最大燃燒放熱率以及對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角接近于雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài),表明雙火花塞在加速缸內(nèi)稀薄燃燒放熱速度上的效果顯著。

(a)燃燒持續(xù)期

(b)火焰發(fā)展期

(c)快速燃燒前期

(d)快速燃燒后期

通過分析累積放熱10%、50%、90%(CA10、CA50、CA90)對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角,將燃燒持續(xù)期(點(diǎn)火至CA90)分為3個(gè)階段:火焰發(fā)展期(點(diǎn)火至CA10)、快速燃燒前期(CA10至CA50)和快速燃燒后期(CA50至CA90),如圖3所示。從圖3可以看出,采用雙火花塞加快了燃燒速度,縮短了燃燒持續(xù)期,主要體現(xiàn)在CA10至CA50燃燒期間,低負(fù)荷時(shí)效果更加明顯。

在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),采用雙火花塞縮短了燃燒持續(xù)期約6°～10°,其中火焰發(fā)展期縮短約2°～5°,快速燃燒前期縮短約3°～8°,而快速燃燒后期的變化則很小。這是因?yàn)殡p火花塞點(diǎn)火有利于火核早期形成和發(fā)展,同時(shí)燃燒初期火焰前鋒面積增大,從而加快了前期燃燒速率。在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),混合氣濃度降低,火焰?zhèn)鞑ニ俾氏陆?燃燒持續(xù)期相對(duì)于比雙火花塞化學(xué)當(dāng)量狀態(tài)有所延長,但仍較單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)短,尤其在低負(fù)荷時(shí)火焰發(fā)展期和快速燃燒前期縮短、缸內(nèi)燃燒過程加速的效果更加顯著,燃燒持續(xù)期縮短有利于提高熱效率及燃燒的穩(wěn)定性。

2.3 雙火花塞對(duì)稀薄燃燒循環(huán)變動(dòng)的影響

5 000 r/min時(shí)不同負(fù)荷下的缸內(nèi)最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率和指示平均有效壓力(pIMEP)循環(huán)變動(dòng)率如圖4所示。圖4a中,單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)在測(cè)試工況下的最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率在10%左右,屬于較高的循環(huán)變動(dòng)率,主要原因在于原機(jī)采用了強(qiáng)擠流型燃燒室構(gòu)造。采用雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)后,燃燒速率加快,燃燒循環(huán)變動(dòng)率降低。在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率大幅降低,除低負(fù)荷(進(jìn)氣管壓力為45 kPa)外,最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率均降至7%以下;在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率較化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài)有所上升,但仍然明顯優(yōu)于原機(jī)單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)。

圖4b中,雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)的pIMEP循環(huán)變動(dòng)率最低,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài)稍高,單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)最大,這與圖4a最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率的情況一致。從pIMEP循環(huán)變動(dòng)率可以進(jìn)一步看出,在低負(fù)荷、非穩(wěn)定燃燒工況(進(jìn)氣管壓力為45 kPa),雙火花塞能使pIMEP循環(huán)變動(dòng)率顯著降低。由此可見,雙火花塞對(duì)于促進(jìn)和改善輕度均質(zhì)稀燃時(shí)的穩(wěn)定性具有重要作用。

(a)最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率

(b)pIMEP循環(huán)變動(dòng)率

2.4 雙火花塞對(duì)稀薄燃燒平均有效壓力的影響

5 000 r/min時(shí)不同負(fù)荷下pIMEP測(cè)試數(shù)據(jù)如圖5所示。因燃燒放熱率提高和燃燒持續(xù)期縮短,使得雙火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)獲得了最大pIMEP,在中、高負(fù)荷下較單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)的pIMEP提高約2%～4%,而在低負(fù)荷下較單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)的pIMEP提高達(dá)10%。

圖5 指示平均有效壓力

在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),混合氣變稀,燃油供給量減少,該狀態(tài)下pIMEP低于化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài);在低負(fù)荷(進(jìn)氣管壓力為45 kPa)下,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài)的pIMEP高于單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)。原因在于低負(fù)荷下單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)的燃燒放熱速率低,燃燒持續(xù)期長,循環(huán)變動(dòng)大,燃燒穩(wěn)定性差,而雙火花塞展示出在改善燃燒穩(wěn)定性上的顯著效果。

3 稀燃區(qū)域標(biāo)定及測(cè)量

3.1 稀薄燃燒區(qū)域標(biāo)定

(a)5 000 r/min時(shí)扭矩

(b)5 800 r/min時(shí)扭矩

(c)5 000 r/min時(shí)燃油消耗率

怠速下使用稀薄燃燒會(huì)影響穩(wěn)定性,而高負(fù)荷下使用稀薄燃燒會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力不足,因此通過標(biāo)定稀薄燃燒區(qū)域,讓稀薄燃燒區(qū)域落在常用部分負(fù)荷駕駛區(qū)域之內(nèi),以提高燃油經(jīng)濟(jì)性。5 000、5 800 r/min時(shí)不同混合氣狀態(tài)(λ為1、1.05、1.1、1.2)下的扭矩和燃油消耗率隨負(fù)荷的變化如圖6所示。從圖6可以看出,混合氣變稀,供油量減少,輸出扭矩依次降低。當(dāng)λ為1.05和1.1時(shí),輸出扭矩雖有降低,但差距不大;當(dāng)λ為1.2時(shí),輸出扭矩相對(duì)于化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)出現(xiàn)較大幅度降低,燃燒穩(wěn)定性差,表明該狀態(tài)可能接近稀薄燃燒極限。此外,不同稀薄燃燒狀態(tài)在低負(fù)荷和高負(fù)荷下的輸出扭矩差距較大,在中等負(fù)荷下差距相對(duì)較小。

3種均質(zhì)稀燃狀態(tài)(λ為1.05、1.1、1.2)在中、高負(fù)荷時(shí)燃油消耗率較化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)要低,而在低負(fù)荷時(shí)要高。其中,在進(jìn)氣管壓力小于55 kPa的低負(fù)荷下,λ為1.05的燃油消耗率與化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)時(shí)的燃油消耗率相差并不大,而λ為1.1和1.2的燃油消耗率明顯增大。隨著富氧程度的加大,低負(fù)荷下燃燒循環(huán)變動(dòng)增大,燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象更加突出,即使采用雙火花塞也難以將其控制在合理范圍。

表2為試驗(yàn)標(biāo)定的雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃區(qū)域?qū)?yīng)的λ值,其中進(jìn)氣管壓力為50～70 kPa,轉(zhuǎn)速為3 000～5 500 r/min。由表2可見,在原有燃燒室結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式,其混合氣過量空氣系數(shù)不宜大于1.1。在稀薄燃燒運(yùn)行區(qū)域,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式較原機(jī)單火花塞化學(xué)當(dāng)量比模式可提升3%～6%的燃油經(jīng)濟(jì)性。

表2 雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃區(qū)域?qū)?yīng)的λ值

3.2 稀薄工況排放測(cè)量

4 000 r/min時(shí)在不同富氧稀燃狀態(tài)(λ為1.05、1.1)下的排放隨負(fù)荷的變化如圖7所示。從圖7可以看出:隨著負(fù)荷的增大,CO和HC排放呈下降趨勢(shì),NOx排放呈上升趨勢(shì);隨λ增大,CO和NOx排放降低,低負(fù)荷時(shí)較為明顯;當(dāng)進(jìn)氣管壓力超過60 kPa時(shí),不同稀薄狀態(tài)對(duì)HC和NOx排放的影響很小。

轉(zhuǎn)速和混合氣狀態(tài)(λ為1、1.05、1.1)對(duì)排放的影響如圖8所示。從圖8可以看出:在稀燃狀態(tài),CO、HC和NOx排放隨著λ的增大均有所降低;隨著轉(zhuǎn)速升高,CO和NOx排放呈下降趨勢(shì),但NOx在5 500 r/min時(shí)出現(xiàn)峰值;轉(zhuǎn)速低于5 000 r/min時(shí),HC排放隨轉(zhuǎn)速的升高而降低,超過5 000 r/min時(shí),HC排放開始上升,在5 000～6 000 r/min之間,HC排放在達(dá)到峰值后開始下降。

圖7 4 000 r/min時(shí)不同λ和負(fù)荷下的排放對(duì)比

圖8 進(jìn)氣管壓力為60 kPa時(shí)不同λ和轉(zhuǎn)速下的排放對(duì)比

總體而言,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃在一定程度上有助于降低有害物排放,對(duì)于排放后處理可通過采用稀土儲(chǔ)氧材料提高催化劑儲(chǔ)氧能力來擴(kuò)大空燃比可操作窗口的簡單途徑實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 論

在單火花塞均質(zhì)預(yù)混燃燒室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng),改造電控燃油噴射系統(tǒng)并進(jìn)行調(diào)校標(biāo)定,利用雙火花塞加快燃燒放熱速率、降低循環(huán)變動(dòng)、提高燃燒穩(wěn)定性的特征,來實(shí)現(xiàn)雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式的穩(wěn)定運(yùn)行。燃燒測(cè)試診斷表明:在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),雙火花塞燃燒持續(xù)期縮短約6°～10°,其中火焰發(fā)展期縮短約2°～5°,快速燃燒前期縮短約3°～8°,熱效率提升了2%～4%;在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),雙火花塞燃燒持續(xù)期雖有所延長,但仍較單火花塞化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài)短,尤其在低負(fù)荷、非穩(wěn)定燃燒工況,雙火花塞缸內(nèi)燃燒過程加速的效果更加突出,表明雙火花塞可以彌補(bǔ)稀混合氣燃燒速率減緩的缺陷。

在化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài),雙火花塞最高燃燒壓力的循環(huán)變動(dòng)率大幅降低;在輕度均質(zhì)稀燃(λ=1.1)狀態(tài),最高燃燒壓力循環(huán)變動(dòng)率較化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài)有所上升,但仍優(yōu)于單火花塞化學(xué)當(dāng)量比(λ=1)狀態(tài)。在低負(fù)荷非穩(wěn)定燃燒工況,雙火花塞能促使pIMEP循環(huán)變動(dòng)率成倍降低,證實(shí)雙火花塞對(duì)于改善輕度均質(zhì)稀燃的燃燒穩(wěn)定性、擴(kuò)展稀燃極限具有明顯效果。

臺(tái)架性能測(cè)試表明:輕度均質(zhì)稀燃狀態(tài)在較多負(fù)荷工況較化學(xué)當(dāng)量比狀態(tài)可獲得更低的燃油消耗率,但是受極端燃燒穩(wěn)定性影響,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式下λ不宜超過1.1。在稀薄燃燒運(yùn)行區(qū)域,與原機(jī)單火花塞化學(xué)當(dāng)量比燃燒模式相比,雙火花塞輕度均質(zhì)稀燃模式可提升3%～6%燃油經(jīng)濟(jì)性,并在一定程度上有助于降低有害物排放。

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(編輯 苗凌)

ExperimentalAnalysisofMildHomogeneousLeanCombustionforGasolineEnginewithDual-SparkPlug

SHANG Huichao1,ZHANG Li1,CHEN Chunwang2,XIE Deyun2

(1. College of Mechanical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2. Chongqing Jianshe Motorcycle Company Limited, Chongqing 400050, China)

A dual-spark plug ignition system is assembled on a gasoline engine ignited by single-spark plug with homogeneous premixed combustion. By reconstructing electronic control fuel injection system, it is observed that the engine can be steadily operated in a mild homogeneous lean burn mode. To further investigate the effect of double-spark plug ignition on mild homogeneous lean combustion, three running states, dual-park plug with chemical equivalent ratio (λ=1), dual-spark plug with lean mixture (λ=1.1) and single-park plug with equivalent ratio (λ=1), are tested for character diagnosis of the combustion. The overall effect of in-cylinder combustion acceleration due to the double-spark plug ignition is mainly reflected in the early combustion stage of 10%-50% mass fraction burned; and the heat release together with the cyclic variation of the double-spark plug with lean mixture is superior to the single-spark plug with stoichiometric mixture obviously. And the effect of combustion process accelerating in the cylinder, cyclic variation rate reducing as well as the combustion stability improving are much more outstanding for the double-spark plug ignition, especially under the unstable combustion condition with lower load. Bench test also shows that the dual-spark plug lean burn mode enables to improve fuel economy by 3%-6% compared with single-spark plug stoichiometric mode in the lean burn operation area, and to reduce emission of deleterious substances.

dual spark plug ignition; lean combustion; rate of heat release; cyclic variation

10.7652/xjtuxb201405008

2013-09-25。 作者簡介: 尚會(huì)超(1986-),男,博士生;張力(通信作者),男,教授,博士生導(dǎo)師。 基金項(xiàng)目: 重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(CSTC2007AA6006-6)。

時(shí)間: 2014-02-26 網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20140226.1158.011.html

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:0253-987X(2014)05-0043-07