天津職業(yè)技術(shù)師范大學 鐘海濤

青島市技師學院 王 展

天津職業(yè)技術(shù)師范大學 郁偉帥 孔 超

WH1152FMI發(fā)動機雙點火系統(tǒng)研究

天津職業(yè)技術(shù)師范大學 鐘海濤

青島市技師學院 王 展

天津職業(yè)技術(shù)師范大學 郁偉帥 孔 超

節(jié)能環(huán)保是當前社會發(fā)展所面臨的重大問題.本田公司基于節(jié)能環(huán)保的理念推出了Honda中國節(jié)能競技大賽來挖掘競技賽車節(jié)能的可能.而如何改善燃燒和提高發(fā)動機性能對于賽車取得好成績起到至關(guān)重要的地步.針對大賽要求對汽車的發(fā)動機進行相應的設(shè)計,在滿足部件要求的同時達到減少環(huán)境污染的目的.運用有限平面逼近方法確立燃燒室的計算方程,采用UG三維建模建確立發(fā)動機雙點火打孔的合適位置,最終設(shè)計出適合比賽用雙點火發(fā)動機.

本田節(jié)能賽車;雙火花塞;點火策略

1 研究目的及意義

節(jié)能環(huán)保是當前社會所關(guān)注的主題之一,本田公司基于節(jié)能環(huán)保的理念舉辦Honda中國節(jié)能競技大賽來挖掘汽車節(jié)能的可能性.大賽的舉辦提高了人們的環(huán)保意識,探索能源效率提升的途徑.基于Honda節(jié)能競技大賽規(guī)則,比賽中賽車發(fā)動機燃油經(jīng)濟性在很大程度上影響了成績,因此發(fā)動機性能提升很重要,點火系統(tǒng)的改進對于發(fā)動機性能提升有重要的意義.

2 點火系統(tǒng)改進方案分析

原機采用單火花塞結(jié)構(gòu),優(yōu)點是大負荷下點火爆震傾向較小,缺點是在中小負荷下火焰需要較長時間才能傳播到遠端,因此著火時間長,動力較弱且燃油經(jīng)濟性有待提高.賽車運行過程中,大部分在中小負荷下,因此采用雙火花塞結(jié)構(gòu),為了驗證雙火花塞燃燒的特點,建立了單火花塞和雙火花塞的燃燒方程,計算出單火花塞和雙火花塞已燃區(qū)體積占燃燒室體積百分比進行比較得出,雙火花塞點火燃燒速度快于單火花塞點火燃燒速度;火花塞布置要盡可能的靠近中央,這樣有利于發(fā)動機的燃燒性能.

3 雙火花塞設(shè)計

運用UG三維軟件進行建模,在軟件上模擬出打孔位置,如圖1所示,可以看出兩個火花塞孔大體上是對稱布置的.加工后的雙點火系統(tǒng)如圖2所示.

圖1 UG設(shè)計模型

圖2 雙點火實物

4 雙火花塞點火策略

4.1 標定軟件ProCAL

標定軟件使用ProCAL.ProCAL這是一款小型電噴發(fā)動機在線標定工具,可以在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中對發(fā)動機的工況進行實時測量和標定,使發(fā)動機的工況達到最優(yōu);能把標定完的數(shù)據(jù)下載到ECU(電子控制單元)中;能在發(fā)動機運行過程中錄制發(fā)動機工作數(shù)據(jù),并進行數(shù)據(jù)回放,以此了解發(fā)動機工作狀態(tài)并能及時發(fā)現(xiàn)標定數(shù)據(jù)的不足.

4.2 試驗測試方案

WH1152FMI發(fā)動機雙點火系統(tǒng)研究是基于大賽規(guī)則,測試方案合理與否影響比賽成績.規(guī)則要求:比賽時平均車速不低于25km/h,而賽車在比賽時有時加速,有時滑行,因此車速介于13-40km/h,并由傳動比換算成發(fā)動機轉(zhuǎn)速.為此設(shè)計8個單/雙火花塞點火工況.此8種點火工況按各個點火曲線的最大點火提前角命名,分別為:29°單點火策略、29&29°雙點火策略、27°單點火策略、27&27°雙點火策略、24°單點火策略、24&24°雙點火策略、22°單點火策略及22&22°雙點火策略.29°單點火工況如圖3所示.

圖3 29°單點火工況

4.3 數(shù)據(jù)分析

按照設(shè)計工況進行試驗,得出表1數(shù)據(jù).

表1 不同點火策略噴油脈寬記錄

通過表1可以看出,分別選取在發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min、4500r/min和5000r/min,獲取相應轉(zhuǎn)速下,動力性最好的噴油脈寬.采用單點火方案,各點火提前角下動力性最好的燃油脈寬如圖4所示.

圖4 單點火方案下各點火提前角下動力性最好的燃油脈寬

圖4中可以看出29°單點火策略的噴油脈寬的值是最小的,這說明在這4種單點火策略中點火提前角為29°CA單點火噴油脈寬比較低,此時燃油經(jīng)濟性較好.

采用雙點火方案,各點火提前角下動力性最好的燃油脈寬如圖5所示.

圖5 雙點火統(tǒng)計圖

從圖5中可以看出24度雙點火策略的噴油脈寬的值是最小的,這說明在這4種雙點火策略中點火提前角為24°(CA)雙點火噴油脈寬比較低.

通過對比圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)單點火和雙點火系統(tǒng)動力性相同情況下,點火提前角是不同的.兩者的噴油脈寬對比如圖6所示.

圖6 29度點火與24度雙點火對比圖

可以看出點火提前角為24°CA雙點火噴油脈寬比點火提前角為29°CA單點火噴油脈寬要低,范圍在10-15%左右,意味著同等動力性條件下,燃油經(jīng)濟性較好;同時點火提前角為24°CA雙點火的曲線較平穩(wěn),說明轉(zhuǎn)速對噴油的影響不大.通過對比,驗證雙點火系統(tǒng)要優(yōu)與單點火系統(tǒng).

5 結(jié)論

設(shè)計了一種用于WH1152FMI發(fā)動機的雙點火系統(tǒng),通過改造和試驗,得出一下結(jié)論:

(1)采用雙火花塞點火能夠提高燃燒放熱速率,縮短燃燒持續(xù)期,利于提高發(fā)動機的熱效率,降低發(fā)動機的油耗.

(2)采用雙點火系統(tǒng)后,最佳點火提前角要適當推遲.

(3)對于WH1152FMI發(fā)動機,在比賽規(guī)則下,點火提前角為24°CA雙點火策略為節(jié)能車最佳點火策略.

[1]姚喜貴,劉延超,張磊等.CA6102型汽油和天然氣發(fā)動機燃燒過程模擬計算及爆震預測[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2000,31(3):15-23.

[2]劉志強,李岳林,汪長軍.關(guān)于火花點火發(fā)動機預混燃燒若干問題的研究進展[J].小型內(nèi)燃機與摩托車,2002,31(5):42-45.

[3]沈穎剛,王宇琳,鄭偉,申立中,韋靜思.內(nèi)燃機燃燒過程數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展概況[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2004(1):7-9.

[4]吳鋒.雙火花塞點火新技術(shù)[J].摩托車發(fā)動機,2005(1):13-14.

[5]吳連成.小型汽油機不同燃燒室構(gòu)造燃燒特性的研究[D].重慶:重慶大學,2010.

1、2016年天津市"大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃"項目,項目名稱:本田節(jié)能車發(fā)動機雙點火系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)(項目號:201610066058),指導教師:孔超;2、天津職業(yè)技術(shù)師范大學科研發(fā)展基金(編號:KJ10-17),項目名稱:摩托車發(fā)動機電控燃油自然噴射系統(tǒng)的設(shè)計研究;3、天津市自然科學基金(重點項目)(合同編號:16JCZDJC38200),項目名稱:基于主動控制的大型車輛高速穩(wěn)定性提升策略研究,Fund Project:Key Project of Natural Science Foundation of Tianjin(Grant No.16JCZDJC38200).

鐘海濤(1995-),男,廣西人,大學本科,現(xiàn)就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學汽車與交通學院汽車維修工程教育專業(yè).

王展(1990-),男,山東人,大學本科,助教,現(xiàn)供職于青島市技師學院,主要研究方向為汽車維修.

郁偉帥(1992-),男,江蘇人,大學本科,現(xiàn)就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學汽車與交通學院汽車維修工程教育專業(yè).

孔超(1983-) ,男,山東人,碩士,講師,現(xiàn)供職于天津職業(yè)技術(shù)師范大學,主要研究方向為發(fā)動機工作過程分析.