郭鳳男，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車保有量逐年增加，汽車行業(yè)已呈現(xiàn)出百家爭鳴、百花齊放的場景。伴隨著消費(fèi)者生活品質(zhì)的提高，這對車企也提出了更嚴(yán)格的要求，車企在保證汽車經(jīng)濟(jì)性的前提下，還要滿足消費(fèi)者對其動力性的要求。點(diǎn)火提前角作為發(fā)動機(jī)電噴系統(tǒng)中一個(gè)極其重要的匹配參數(shù)，它對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放有著顯著的影響。什么是點(diǎn)火角提前呢？點(diǎn)火提前角就是從火花塞打火時(shí)刻開始到活塞運(yùn)動到壓縮上止點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度?；旌蠚鈴狞c(diǎn)燃、燃燒到燒完有一個(gè)時(shí)間過程，最佳點(diǎn)火提前角的作用就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢處于活塞做功下降行程，這樣發(fā)動機(jī)做功效率最高，缸體振動最小，缸內(nèi)溫度最低[1]。點(diǎn)火角提前角過大，會造成爆震，使活塞行程受阻，做功效率降低，加劇磨損，損壞發(fā)動機(jī)零部件；點(diǎn)火提前角過小，會導(dǎo)致混合氣燃燒不充分，做功效率降低，無論點(diǎn)火提前角過大或過小，都會影響發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放。更好地調(diào)整點(diǎn)火提前角，對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的改善非常明顯，所以需要匹配出發(fā)動機(jī)在各種不同工況下的最佳點(diǎn)火提前角。發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角匹配的好壞，直接影響著發(fā)動機(jī)性能，而影響點(diǎn)火角提前角的因素有很多，例如發(fā)動機(jī)冷卻水溫度、中冷后進(jìn)氣溫度、壓縮比、燃油品質(zhì)、負(fù)荷以及轉(zhuǎn)速等[2]。

本文通過理論分析與實(shí)踐相結(jié)合，對以下內(nèi)容進(jìn)行研究：

（1）點(diǎn)火提前角對發(fā)動機(jī)性能的影響；

（2）點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的變化規(guī)律；

（3）影響點(diǎn)火提前角的因素。

1 試驗(yàn)對象與試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)以我司一款增壓型汽油發(fā)動機(jī)為基礎(chǔ)。增壓型式采用廢氣渦輪增壓器，發(fā)動機(jī)排量為1.3L，發(fā)動機(jī)汽缸排列型式為直列四缸、四沖程，發(fā)動機(jī)主要配置為進(jìn)氣 VVT與廢氣渦輪增壓器，發(fā)動機(jī)主要參數(shù)見表1。

表1 發(fā)動機(jī)主要參數(shù)

本試驗(yàn)發(fā)動機(jī)臺架狀態(tài)如圖1所示，發(fā)動機(jī)燃燒后的廢氣通過推動增壓器渦輪使其旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動增壓器壓輪旋轉(zhuǎn)壓縮空氣，一般情況下，壓縮后的空氣溫度很高，為了降低溫度，壓縮后的空氣通過中冷器進(jìn)行冷卻，冷卻后的空氣再通過進(jìn)氣歧管進(jìn)入汽缸內(nèi)。

中冷器帶PID控制閥，中冷后空氣溫度可調(diào)，通?？刂圃?5°～50°；燃油消耗量由AVL油耗儀測量，一般情況下，試驗(yàn)使用93#乙醇汽油，93#乙醇汽油空燃比為14.2；渦輪前端排氣的過量空氣系數(shù)由ETAS LA4測量；發(fā)動機(jī)輸出的實(shí)測扭矩由 AVL測功機(jī)測量；發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火提前角參數(shù)通過INCA、ETK、ES590、以及LA4等工具匹配。

圖1 發(fā)動機(jī)臺架狀態(tài)

2 點(diǎn)火提前角對發(fā)動機(jī)性能的影響

發(fā)動機(jī)性能評價(jià)指標(biāo)有很多，主要包括動力性能指標(biāo)（功率、扭矩、轉(zhuǎn)速）、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)（燃油與潤滑油消耗率）、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷起動性能、噪聲）、耐久可靠性能指標(biāo)以及排放指標(biāo)。影響發(fā)動機(jī)性能評價(jià)指標(biāo)的因素也有很多，而本次試驗(yàn)主要研究點(diǎn)火提前角匹配的好壞對發(fā)動機(jī)性能的影響。

2.1 點(diǎn)火提前角對部分負(fù)荷性能的影響

發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷工況主要以經(jīng)濟(jì)性作為評價(jià)指標(biāo)，而評價(jià)經(jīng)濟(jì)性能好壞的重要參數(shù)就是燃油消耗率，所以本次試驗(yàn)研究點(diǎn)火提前角對部分負(fù)荷燃油消耗率的影響，試驗(yàn)工況見表2。

表2 試驗(yàn)工況

發(fā)動機(jī)穩(wěn)定在部分負(fù)荷工況，通過匹配不同的點(diǎn)火提前角來研究燃油消耗率的變化情況，根據(jù)理論分析與實(shí)踐相結(jié)合，得出以下結(jié)論：發(fā)動機(jī)在每一個(gè)部分負(fù)荷工況，都存在一個(gè)最佳的點(diǎn)火提前角；點(diǎn)火提前角處于最佳時(shí)，燃油消耗率最低，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性最好；在最佳點(diǎn)火提前角附近加減點(diǎn)火角時(shí)，燃油消耗率變大，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性變差，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律

2.2 點(diǎn)火提前角對全負(fù)荷性能的影響

發(fā)動機(jī)全負(fù)荷工況主要以動力性作為評價(jià)指標(biāo)，而評價(jià)動力性能好壞的重要參數(shù)就是扭矩，影響全負(fù)荷扭矩的因素有很多，其中點(diǎn)火提前角是最重要因素之一，所以本次試驗(yàn)研究點(diǎn)火提前角對全負(fù)荷扭矩的影響，試驗(yàn)工況見表3。

表3 試驗(yàn)工況

發(fā)動機(jī)穩(wěn)定在全負(fù)荷工況時(shí)，通過匹配不同的點(diǎn)火提前角來研究外特性扭矩的變化情況，根據(jù)理論分析與實(shí)踐相結(jié)合，得出以下結(jié)論：發(fā)動機(jī)在每一個(gè)全負(fù)荷工況，都存在一個(gè)最佳的點(diǎn)火提前角；點(diǎn)火提前角處于最佳時(shí)，輸出扭矩最大，動力性最好；在最佳點(diǎn)火提前角附近加減點(diǎn)火角時(shí)，輸出扭矩變小，發(fā)動機(jī)動力性變差，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 點(diǎn)火提前角對發(fā)動機(jī)實(shí)測扭矩的影響

3 點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的變化規(guī)律

3.1 點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律

本次試驗(yàn)研究：相同負(fù)荷，點(diǎn)火角隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。首先固定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷，改變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，觀察點(diǎn)火提前角變化情況，試驗(yàn)工況見表4。

表4 試驗(yàn)工況

發(fā)動機(jī)充氣效率穩(wěn)定在rl_w=50，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從1000rpm-5000rpm變化，間隔 500rpm，通過采集點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：相同負(fù)荷，點(diǎn)火提前角隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升而變大，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律

3.2 點(diǎn)火提前角隨負(fù)荷的變化規(guī)律

本次試驗(yàn)研究：相同轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火角隨負(fù)荷的變化規(guī)律。首先固定發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變發(fā)動機(jī)負(fù)荷，觀察此時(shí)點(diǎn)火提前角變化情況，試驗(yàn)工況見表5。

表5 試驗(yàn)工況

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在 2500rpm，發(fā)動機(jī)充氣效率從 20%-100%變化，間隔10%，通過采集點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：相同轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火提前角隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的上升而變小，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 點(diǎn)火提前角隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律

4 影響點(diǎn)火提前角的因素

4.1 冷卻水溫度對點(diǎn)火提前角的影響

本次試驗(yàn)研究：不同的冷卻水溫度對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角的影響。首先控制發(fā)動機(jī)冷卻水溫在正常范圍，一般在92±3°，然后控制發(fā)動機(jī)冷卻水溫在高水溫范圍，一般在110±3°，觀察點(diǎn)火提前角變化情況，試驗(yàn)工況見表6。

表6 試驗(yàn)工況

通過采集不同冷卻水溫下的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：隨著發(fā)動機(jī)冷卻水溫的升高，發(fā)動機(jī)爆震加強(qiáng)，點(diǎn)火提前角減?。浑S著發(fā)動機(jī)冷卻水溫的降低，發(fā)動機(jī)爆震減弱，點(diǎn)火提前角變大，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 水溫對點(diǎn)火提前角的影響

4.2 中冷后進(jìn)氣溫度對點(diǎn)火提前角的影響

本次試驗(yàn)研究：不同的中冷后進(jìn)氣溫度對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角的影響。首先控制發(fā)動機(jī)中冷后進(jìn)氣溫度在25-45°，然后控制發(fā)動機(jī)中冷后進(jìn)氣溫度在35-55°，觀察點(diǎn)火角變化情況，試驗(yàn)工況見表7。

表7 試驗(yàn)工況

通過采集不同中冷后進(jìn)氣溫度的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：隨著發(fā)動機(jī)中冷后進(jìn)氣溫度的升高，發(fā)動機(jī)爆震加強(qiáng)，點(diǎn)火提前角減??；隨著發(fā)動機(jī)中冷后進(jìn)氣溫度的降低，發(fā)動機(jī)爆震減弱，點(diǎn)火提前角變大，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 中冷后溫度對點(diǎn)火提前角的影響

4.3 燃油品質(zhì)對點(diǎn)火提前角的影響

本次試驗(yàn)研究：不同的燃油型號，對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角的影響。首先試驗(yàn)使用 93#乙醇汽油，采集發(fā)動機(jī)外特新數(shù)據(jù)，然后使用 92#標(biāo)準(zhǔn)汽油，采集發(fā)動機(jī)外特新數(shù)據(jù)，觀察點(diǎn)火提前角變化情況，試驗(yàn)工況見表8。

表8 試驗(yàn)工況

通過采集不同燃油型號的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：相同工況，93#乙醇汽油點(diǎn)火提前角大于92#標(biāo)準(zhǔn)汽油，93#乙醇汽油抗爆性強(qiáng)于92#標(biāo)準(zhǔn)汽油，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 燃油品質(zhì)對點(diǎn)火提前角的影響

4.4 壓縮比對點(diǎn)火提前角的影響

本次試驗(yàn)研究：不同的壓縮比，對發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角的影響。首先試驗(yàn)使用壓縮比9.5，采集外特新數(shù)據(jù)，然后使用壓縮比9.0，采集外特新數(shù)據(jù)，觀察點(diǎn)火提前角變化情況，試驗(yàn)工況見表9。

表9 試驗(yàn)工況

通過采集不同壓縮比下的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：相同工況，壓縮比越大，發(fā)動機(jī)爆震越強(qiáng)，點(diǎn)火提前角越??；相同工況，壓縮比越小，發(fā)動機(jī)爆震越弱，點(diǎn)火提前角越大，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見圖9。

圖9 壓縮比對點(diǎn)火提前角的影響

5 結(jié)束語

（1）點(diǎn)火提前角對發(fā)動機(jī)性能有很大影響，發(fā)動機(jī)每一個(gè)工況，都存在一個(gè)最佳的點(diǎn)火提前角，當(dāng)點(diǎn)火提前角處于最佳時(shí)，發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性最好。

（2）同一負(fù)荷，點(diǎn)火提前角隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升而變大，同一轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火提前角隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的上升而變小。

（3）影響點(diǎn)火提前角的因素有很多，水溫、中冷后溫度以及壓縮比都會影響點(diǎn)火提前角，水溫、中冷后溫度及壓縮比越大，點(diǎn)火提前角越小，水溫、中冷后溫度及壓縮比越小，點(diǎn)火提前角越大。