天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 鐘海濤

青島市技師學(xué)院 王 展

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 郁偉帥 孔 超

WH1152FMI發(fā)動(dòng)機(jī)雙點(diǎn)火系統(tǒng)研究

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 鐘海濤

青島市技師學(xué)院 王 展

天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 郁偉帥 孔 超

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前社會(huì)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(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽來挖掘競(jìng)技賽車節(jié)能的可能.而如何改善燃燒和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)于賽車取得好成績(jī)起到至關(guān)重要的地步.針對(duì)大賽要求對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì),在滿足部件要求的同時(shí)達(dá)到減少環(huán)境污染的目的.運(yùn)用有限平面逼近方法確立燃燒室的計(jì)算方程,采用UG三維建模建確立發(fā)動(dòng)機(jī)雙點(diǎn)火打孔的合適位置,最終設(shè)計(jì)出適合比賽用雙點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī).

本田節(jié)能賽車;雙火花塞;點(diǎn)火策略

1 研究目的及意義

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前社會(huì)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(guó)節(jié)能競(jìng)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(shí),探索能源效率提升的途徑.基于Honda節(jié)能競(jìng)技大賽規(guī)則,比賽中賽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性在很大程度上影響了成績(jī),因此發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升很重要,點(diǎn)火系統(tǒng)的改進(jìn)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)性能提升有重要的意義.

2 點(diǎn)火系統(tǒng)改進(jìn)方案分析

原機(jī)采用單火花塞結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)是大負(fù)荷下點(diǎn)火爆震傾向較小,缺點(diǎn)是在中小負(fù)荷下火焰需要較長(zhǎng)時(shí)間才能傳播到遠(yuǎn)端,因此著火時(shí)間長(zhǎng),動(dòng)力較弱且燃油經(jīng)濟(jì)性有待提高.賽車運(yùn)行過程中,大部分在中小負(fù)荷下,因此采用雙火花塞結(jié)構(gòu),為了驗(yàn)證雙火花塞燃燒的特點(diǎn),建立了單火花塞和雙火花塞的燃燒方程,計(jì)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(jìn)行比較得出,雙火花塞點(diǎn)火燃燒速度快于單火花塞點(diǎn)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(dòng)機(jī)的燃燒性能.

3 雙火花塞設(shè)計(jì)

運(yùn)用UG三維軟件進(jìn)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(gè)火花塞孔大體上是對(duì)稱布置的.加工后的雙點(diǎn)火系統(tǒng)如圖2所示.

圖1 UG設(shè)計(jì)模型

圖2 雙點(diǎn)火實(shí)物

4 雙火花塞點(diǎn)火策略

4.1 標(biāo)定軟件ProCAL

標(biāo)定軟件使用ProCAL.ProCAL這是一款小型電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在線標(biāo)定工具,可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和標(biāo)定,使發(fā)動(dòng)機(jī)的工況達(dá)到最優(yōu);能把標(biāo)定完的數(shù)據(jù)下載到ECU(電子控制單元)中;能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中錄制發(fā)動(dòng)機(jī)工作數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)回放,以此了解發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)的不足.

4.2 試驗(yàn)測(cè)試方案

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

圖3 29°單點(diǎn)火工況

4.3 數(shù)據(jù)分析

按照設(shè)計(jì)工況進(jìn)行試驗(yàn),得出表1數(shù)據(jù).

表1 不同點(diǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min、4500r/min和5000r/min,獲取相應(yīng)轉(zhuǎn)速下,動(dòng)力性最好的噴油脈寬.采用單點(diǎn)火方案,各點(diǎn)火提前角下動(dòng)力性最好的燃油脈寬如圖4所示.

圖4 單點(diǎn)火方案下各點(diǎn)火提前角下動(dòng)力性最好的燃油脈寬

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

采用雙點(diǎn)火方案,各點(diǎn)火提前角下動(dòng)力性最好的燃油脈寬如圖5所示.

圖5 雙點(diǎn)火統(tǒng)計(jì)圖

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

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

圖6 29度點(diǎn)火與24度雙點(diǎn)火對(duì)比圖

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

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種用于WH1152FMI發(fā)動(dòng)機(jī)的雙點(diǎn)火系統(tǒng),通過改造和試驗(yàn),得出一下結(jié)論:

(1)采用雙火花塞點(diǎn)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(dòng)機(jī)的熱效率,降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗.

(2)采用雙點(diǎn)火系統(tǒng)后,最佳點(diǎn)火提前角要適當(dāng)推遲.

(3)對(duì)于WH1152FMI發(fā)動(dòng)機(jī),在比賽規(guī)則下,點(diǎn)火提前角為24°CA雙點(diǎn)火策略為節(jié)能車最佳點(diǎn)火策略.

[1]姚喜貴,劉延超,張磊等.CA6102型汽油和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程模擬計(jì)算及爆震預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2000,31(3):15-23.

[2]劉志強(qiáng),李岳林,汪長(zhǎng)軍.關(guān)于火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)混燃燒若干問題的研究進(jìn)展[J].小型內(nèi)燃機(jī)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(jī)燃燒過程數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展概況[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2004(1):7-9.

[4]吳鋒.雙火花塞點(diǎn)火新技術(shù)[J].摩托車發(fā)動(dòng)機(jī),2005(1):13-14.

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

1、2016年天津市"大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃"項(xiàng)目,項(xiàng)目名稱:本田節(jié)能車發(fā)動(dòng)機(jī)雙點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)(項(xiàng)目號(hào):201610066058),指導(dǎo)教師:孔超;2、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)科研發(fā)展基金(編號(hào):KJ10-17),項(xiàng)目名稱:摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油自然噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究;3、天津市自然科學(xué)基金(重點(diǎn)項(xiàng)目)(合同編號(hào):16JCZDJC38200),項(xiàng)目名稱:基于主動(dòng)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(xué)本科,現(xiàn)就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院汽車維修工程教育專業(yè).

王展(1990-),男,山東人,大學(xué)本科,助教,現(xiàn)供職于青島市技師學(xué)院,主要研究方向?yàn)槠嚲S修.

郁偉帥(1992-),男,江蘇人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)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(xué),主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)工作過程分析.