点火器实现发动机稀薄燃烧的技术

3/3点火器实现发动机稀薄燃烧的技术汽车产业的发展促进了国民经济的飞速发展，跟着我国加入世界WTO组织和汽车保有量的增加，使汽车的节能降污显得越来越重要.因为汽车点火器、摩托车点火器具有结构轻盈、比功率大、动态响应好、噪声振动小等特点被广泛做为轻型汽车、轿车的动力,但是因为火花点火发念头在燃油消耗率方面不及柴油机，因此，改善火花点火发念头的燃油消耗水平一直为众多汽车工作者所正视。火花点火发念头采用淡薄燃烧技术不仅可以进步其燃油经济性,而且可以改善火花点火发念头对大气的污染。本文先容了车用火花点火发念头稀燃的长处和实现淡薄燃烧所采用的枢纽技术措施.一、稀燃的长处淡薄燃烧具有很多长处.在燃油经济性方面，稀燃发念头空燃比大，燃烧轮回更接近定容轮回，因此其热效率较高,燃油经济性好。因为稀燃混合气燃烧温度低，燃烧产物的离解损失减小，并且降低了与气缸壁面的传热,也使热效率得以进步.稀燃发念头一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制，可以采用较高压缩比,这也有利于热效率的进步。当采用淡薄混合气燃量加小了泵吸损失,这对火花点火发念头部门负荷经济性的改善是很显著的，同时也可以采用变质调节，不用节气门或是小节流,这样会大大减小泵吸损失，特别有利于改进发念头部门负荷机能。对发念头排放方面,跟着空燃比的增加，因为采用稀的混合气使燃烧温度降低,NOx的排放显著减少，同时燃烧产物中的氧成分有利于ＨＣ和CO的氧化,因此，HC和ＣO的排放也减小,然而，跟着空燃比增加到一定程度，因为燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全，ＨＣ的排放会迅速增加。假如能公道地设计紧凑的燃烧室，并组织好空气运动使燃烧在短时间内完成,那么三种排放都可以大大减少。二、淡薄燃烧实现的枢纽技术措施实现稀燃枢纽在于缩短火焰发展期和燃烧持续时间,在火花塞四周形成有利于着火的浓混合气,一般空燃比A/F=12－13.５.实现稀燃的详细技术措施有：1、采用结构紧凑的燃烧，增大压缩比加快火焰传播速度燃烧室外形对稀燃发念头燃烧不乱性有很大影响.为进步燃烧不乱性,需进步燃烧速度和点火可靠性。在缸内组织较强的空气运动以增大缸内湍流强度，并把火花塞置于燃烧室中心，可使燃烧速度加快，火焰传播间隔缩短.单进气门与二或三进气门结构，在缸内形成的空气运动方式不同。单进气门主要为压缩挤流，为增大缸内湍流需要大的挤压面积,而多进气门一般为滚流或斜轴涡流，且一般活塞顶部多有凹坑配合,有利于加快火焰传播。压缩比升高,残余废气系数减小，火焰传播速度加快。压缩比由８．5进步到l３，稀燃能力可增大4—5A/F单位。但压缩比增大受到火花点火发念头爆燃的限制.海内研制的49２紧凑型燃烧室、射流燃烧室等燃烧系统都具有一定的稀燃能力.它们都具有特殊结构的燃烧室设计并可采用较高的压缩比。2、采用一定强度的空气运动缸内湍流可使缸内火焰传播速度加快，使已燃气体卷吸率升高，湍流可通过进气、压缩、膨胀行程等过程产生。传统的两气门（一进气门,一排气门）发念头多采用涡流(Swｉr1)使火焰传播速度增大；而近代的多气门发念头多采用滚流（Ｔｕｍｂｌe)或低负荷时用涡流控制阀ＳCV(Swirｌ-Cｏntrｏl—Ｖａlve）封闭一进气门使其缸内产生斜轴涡流［1]［引，促进缸内混合气火焰传播速率.研究发现湍流强度在斜轴涡流的轴线与气缸轴线成30~４５o时最大,这可大幅改善发念头中、低速度机能。但涡流和滚流都使发念头充量系数降低，研究发现滚流在进气末期形成并在压缩行程末期破碎为很多微涡流而成为紊流，它比涡流更易在压缩末期破碎使湍流强度增大,使燃烧速率增大。里卡多的CCVS系统L3］，利用四气门可变气门定时,可变气门升程机构产生可变的扰流进气，ＥGR量依工况不同与进气道组合，使缸内混合气公道分层。EGR量依工况不同与进气道组合实现良好的排气分层燃烧系统（EGＳ)，为达到必须的分层度，CＣVS系统采用了可变气门定时和升程机构产生可变的扰流进气，使开启气道的扰流比增大2．5倍。日本的HｏrieK等人L4利用开发的变涡流系统ＶTC—E机构和精确的A/F控制系统成功地开发出一种四气门稀燃发念头,使发念头高速区应用直气道和两气门工作,使充量系数加大，低速区一个进气门工作构成缸内涡流并控制进气冲程的喷油定时产生轴向分层进气，使燃油消耗率降低10%。新开发的丰田第三代稀燃系统将稀混合气区向更大负荷,更高转速区域扩展。日本马自达SａitoF等人［6为进步稀燃方式下的潜能，研制了低流阻的进气道使稀燃极限扩大，并成功地开发出一种新型TWC（Thrｅｋｅ－Way．Caｔｙlyｓt）,使发念头在理论空燃比、稀混合气前提下HC、ＣO、NOｘ的排放得到改善。而日产汽车开发了2.5L直喷火花点火发念头，使有害物质的排放量降至海内现行法规的1/0。采用在超稀燃烧和理论空燃比之间的“均质淡薄燃烧"技术,有效地控制了燃烧过程NＯx的天生量。3、多火花塞和火焰引燃高能点火和宽火花塞间隙的火花塞有利于火核形成，着火落后期短,轮回变动小、稀燃极限大,多火花塞如Nission的MＡP—Z燃烧系统采用了双火花塞结构，可使火焰传播间隔缩短,加快燃烧进行L7］，有利于稀燃能力的进步。日本马自达TabaｔａＭ等研制了一种混合气喷射火花点火发念头L8]，在两个进气门和两个排气门的四气门火花点火发念头基础上，附加一个小气门与预燃室，燃油喷人预燃室与空气形成混合气在进气行程后期至压缩行程初期将混合气喷人燃烧室实现混合气分层，A/Ｆ达40.４、分层燃烧系统火花塞四周形成易于着火的浓混合气,A/Ｆ约为l2一l3，以便有利于点火，其余区域由浓逐渐变稀。典型的分层燃烧系统有Tｅxaco的Tｃcs(rI℃P）J，Ford的PＲOCO，本田的CＶＣC系统,三菱的滚流分层燃烧系统。这些都是典型的早期淡薄燃烧系统,因为排放法规的日益严格且稀燃后处理难度较大,这些燃烧系统都未投人大批量出产。５、燃油喷射定时与分段喷射燃油燃油喷射定时与分段喷射燃油对燃油影响很大.影响燃烧的不乱性.一般讲进气初期喷油,燃油首提高前辈入缸内下部随后在缸内平均分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部且维持到点火时刻，只有在进气行程的某一区段喷油才可实现理想分层。将一轮回的喷油量分成两次喷人气缸可实现很好的稀燃。天津大学利用进气道二次喷油技术在CAI１02五气门发念头上实现了准均质稀燃A/F＝20的不乱燃烧.缸内直喷技术火花点火发念头具有泵气损失和传热损失小,充气效率和抗爆性高、动态响应好等特点而被当今车用火花点火发念头所采用。日本首藤登志夫等人ｎ利用压缩行程前、终了进行两段(二次）喷油获得了宽阔的分层稀气混合气燃烧，在中等负荷与理想预混合燃烧比拟热消耗率降低30％，NOｘ降低５0%左右。Ｆt本三菱利用压缩行程末期缸内喷油配合凹坑活塞实现稀燃烧模式，当燃油在压缩行程初期喷人时，缸内形成均质混合气,发出大的功率，为了按捺爆燃现象发生,三菱GDI火花点火发念头采用二阶段混合概念即进气行程期间喷射大约1／4燃油，缸内形成非常稀的混合气，其余的燃油在压缩行程末期喷人并首先发火，随后引燃稀区混合气，稀区燃烧后又使浓区再次着火,这种二阶段混合的概念很好地按捺了大负荷对GDＩ火花点火发念头碳烟的产生。丰田汽车的D_4直喷火花点火发念头小负荷在压缩行程接近上止点时喷油实现稀燃模态,大负荷时进气行程喷油产生均质混合气实现均质燃烧模态，而在中等负荷时燃油在进气行程和压缩行程末期分二次喷射实现弱分层燃烧,以实现稀燃和均质燃烧模态的平稳过度。三、结束语车用火花点火发念头