閻希成張俊杰林漫群朱保華王之東（天津內(nèi)燃機研究所天津300072）

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摩托車雙火花塞點火技術(shù)分析與應(yīng)用

閻希成張俊杰林漫群朱保華王之東
（天津內(nèi)燃機研究所天津300072）

目前，國產(chǎn)摩托車發(fā)動機的機內(nèi)凈化方案主要是精調(diào)化油器或采用電控噴射技術(shù)，通過精確控制空燃比降低原機排放，但隨著排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)，原機排放還需要繼續(xù)優(yōu)化，降低冷啟動階段的排放是進(jìn)一步降低摩托車發(fā)動機原機排放的重要環(huán)節(jié)。在一臺國產(chǎn)電噴摩托車上，通過改造缸頭和點火系統(tǒng)，實現(xiàn)了雙火花塞點火，并研究了摩托車在ECER40排放循環(huán)下的發(fā)動機尾氣排放特征。研究結(jié)果表明，雙火花塞點火系統(tǒng)配合點火提前角優(yōu)化，可明顯降低摩托車啟動初期的HC/CO排放，但NOx排放略有上升。

摩托車排放雙火花塞點火角度

引言

雙火花塞點火技術(shù)出現(xiàn)已經(jīng)有多年的歷史，主要應(yīng)用于車用發(fā)動機，如本田飛度i-DSI發(fā)動機等。2003年初，德國寶馬公司在新型雙缸摩托車上應(yīng)用了雙火花塞點火新技術(shù)。這種雙火花塞點火技術(shù)可以進(jìn)一步改善尾氣排放，增強車的穩(wěn)定性，并且在發(fā)動機的大范圍運轉(zhuǎn)過程中，使燃燒趨于一致，也稱為“雙火花塞點火急速燃燒法”［1］。

1　雙火花塞點火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和優(yōu)點

雙火花塞點火系統(tǒng)是在半球形燃燒室兩側(cè)對稱布置兩個同型號火花塞，這兩個火花塞與燃燒室中心的距離相等，如圖1所示。

使用雙火花塞點火系統(tǒng)后，有以下突出優(yōu)點：

1）采用雙火花塞點火后，兩個火花塞同時點火使混合氣爆炸燃燒，急速形成較強烈的渦流，大幅度加快了火焰的傳播速度，同時火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1/2，燃燒所用的時間也相應(yīng)縮短，提高了熱效率。

2）由于燃燒時間縮短，點火提前角可以顯著推遲。因此，點火時燃燒室混合氣的溫度和壓力都較高，有利于著火和速燃。

3）兩個火花塞同時點火，可使著火概率提高一倍，降低失火率，還可以進(jìn)一步調(diào)稀空燃比，實現(xiàn)稀燃。

4）實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

上述的優(yōu)點會使發(fā)動機的油耗和排放大幅度地降低［1］。

圖1　雙火花塞點火系統(tǒng)示意圖

2　試驗裝置與試驗方案

2.1試驗樣車改造

試驗樣車選用國產(chǎn)125 mL電噴摩托車，車型主要參數(shù)如表1所示。

表1　試驗樣車主要參數(shù)

樣車發(fā)動機采用較為先進(jìn)的頂置凸輪軸（OHC）配氣方式，氣門布置沿發(fā)動機中線布局。為實現(xiàn)雙火花塞點火，原火花塞位置的對面鉆一斜孔布置另一只火花塞，形成對置的雙火花塞點火機構(gòu)。樣車的點火系統(tǒng)改造為“單點觸發(fā)信號+雙點火模塊”的系統(tǒng)點火模式：即在原有單點火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一套高壓點火模塊，由電瓶供電，點火信號與原機點火系統(tǒng)并聯(lián)后取得。點火提前角采用調(diào)整觸發(fā)信號的方式進(jìn)行控制，調(diào)整觸發(fā)信號的方案是在磁電機系統(tǒng)上改變觸發(fā)信號位置，磁電機系統(tǒng)的改造方案如圖2所示。

圖2　　試驗樣車磁電機改造方案

2.2試驗設(shè)備

樣車在底盤測功機上運行，使用定容取樣尾氣排放分析（CVS）排放設(shè)備進(jìn)行測試，試驗設(shè)備主要參數(shù)如表2所示。

表2　試驗設(shè)備主要參數(shù)

2.3試驗方案

通過對原機進(jìn)行ECER40排放循環(huán)的動態(tài)排放測試數(shù)據(jù)分析，發(fā)動機啟動后至150 s區(qū)間是HC/ CO的高發(fā)區(qū)段，此時由于燃燒不穩(wěn)定原因造成的HC/CO排放偏高，如圖3所示。根據(jù)原機排放的特征，在該區(qū)段采用雙火花塞點火技術(shù)方案，并適度推遲點火角度，抑制NOx的極速上升，降低原機排放。

圖3　試驗樣車原機動態(tài)排放數(shù)據(jù)

3　試驗結(jié)果與分析

在排放測試循環(huán)的初期150 s實現(xiàn)雙火花塞點火并適度推遲點火角度，明顯降低了試驗樣車的HC/CO排放，NOx排放略有升高，如圖4所示。

圖4　雙火花塞點火方案排放對比

由圖4a）可見，雙火花塞點火使發(fā)動機在啟動后的首次加速過程HC明顯降低，在ECER40排放測試工況下比較，雙火花塞點火前/后HC/CO下降50/ 22.6%。

發(fā)動機冷啟動過程實施特殊的瞬態(tài)過程，在冷啟動階段，缸內(nèi)避免溫度較低，燃油蒸發(fā)性差，噴射進(jìn)入氣道的燃油很大一部分以油膜的形式附著在壁面上，因此為了使發(fā)動機可靠著火，往往需要加濃混合氣。而在后續(xù)循環(huán)中，附著的燃料逐漸釋放到混合氣中，由此產(chǎn)生的不完全火焰?zhèn)鞑ガF(xiàn)象是造成HC排放的原因之一。同時，冷啟動階段氣道內(nèi)氣體流動較慢，缸溫較低，再加上不均勻的混合氣，容易導(dǎo)致失火而排出大量的未燃HC［2］。失火是點火失敗或混合氣不合適等原因造成的缸內(nèi)未燃現(xiàn)象，冷啟動階段缸壁溫度較低，水蒸氣易發(fā)生凝結(jié)，潤濕火花塞的機會較多，失火發(fā)生幾率增加［3］。

啟動初期混合氣不均勻，燃燒過程不完全，導(dǎo)致CO的排放升高。

雙火花塞點火系統(tǒng)縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高點火次數(shù)，推遲點火提前角提高了混合氣的壓縮終了溫度和壓力，降低了失火率，促進(jìn)混合氣完全燃燒，降低HC和CO排放。

雙火花塞點火改善了啟動初期的燃燒過程，燃

燒更充分、迅速，燃料的熱量利用率高，但由于燃燒室內(nèi)的高溫，形成NOx生成的充分條件，NOx的排放高于原機。通過推遲點火提前角進(jìn)行抑制后，在ECER40排放測試工況下比較，雙火花塞點火前/后NOx上升14%。

CO2排放無明顯變化。

4　結(jié)論

雙火花塞點火系統(tǒng)改善了摩托車啟動初期燃燒不穩(wěn)定的情況，配合點火提前角的進(jìn)一步優(yōu)化，啟動初期的HC/CO排放明顯下降，推遲點火提前角抑制了NOx的明顯升高。

1吳鋒.雙火花塞點火新技術(shù)［J］.摩托車，2006（6）：20-21

2李君，李理光.摩托車發(fā)動機冷啟動排放控制技術(shù)［J］.內(nèi)燃機，2008（2）：47-51，54

3栗工，李理光.汽油機冷起動HC排放的機理與控制策略［J］.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2006，37（6）：151-154，158

Analysis and Application of Dual-Spark Plug Ignition Technology for Motorcycle

Yan Xicheng，Zhang Junjie，Lin Manqun，Zhu Baohua，Wang Zhidong
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin，300072，China）

Currently，precise adjustment of carburetor or EFI technology are the main in-engine emission control solutions for the motorcycle，via the precise control of air and fuel ratio，emissions of the original machine are reduced.But with the continuous tightening of emission regulations，original emission also needs to be optimized continuously.On the EFI Motorcycle experiment，through transformation of the cylinder head and the ignition system，dual-spark plug ignition is achieved，and exhaust emission characteristics of the motorcycle in ECE R40 drive cycle test of exhaust emission are studied.The results show that，compared with the single ignition system，dual-spark plug ignition system can significantly reduce HC/CO emissions，but the NOxemissions increase slightly.

Motorcycle，Emission，Dual-spark plug，Ignition angle

·設(shè)計·計算·

TK427

A

2095-8234（2015）06-0068-04

閻希成（1976－），男，工程師，主要研究方向為摩托車與通機排放測試。

（2015-05-13）