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小型火花点火发动机可控充气准均质稀混合气燃烧的研究

于善颖  
【摘要】:越来越被重视的能源和环境问题使得汽车工业的发展面临着严峻的挑战,开发出高效、节能和低排放的车用汽油机产品是当今发动机工作者们的首要任务。稀薄燃烧因其良好的燃油经济性和排放特性,已成为车用汽油机技术发展的一个重要方向。小型火花点火发动机是轻型轿车和摩托车的主要动力,对它的研究具有重要意义。 本文创造性地利用先进的基于激光测量系统的3D虚拟设计技术,开发出了一种结构简单、实用性强的连续控制充气结构,可以实现进气涡流的连续可调,同步控制容易,与传统的控制阀式可变进气机构不同,新设计的连续控制进气结构在旋转阀全开状态不存在对进气流动的阻挡作用,也不会影响充气效率。 在稳流气道试验台上对设计的进气控制结构进行了滚流和涡流能力评价,结果证明:缸内存在的是一种滚流强,涡流弱,以滚流运动为主的斜轴涡流。与只修改气道形状来改善发动机的进气流动特性不同,加装了连续控制充气结构的发动机能够实现在进气流动强度更大幅度地提高的同时,在需要的高功率高扭矩工况又不降低流通能力。这种气体流动形式对改善燃烧有利,并通过发动机电控喷射改造后的试验得到了证明。 本文首次在摩托车用小型高速汽油机上进行了二次喷油准均质稀薄燃烧的尝试,并证明在像摩托车发动机样的小型高速汽油机上也有可能不做任何结构上的改动,而仅仅通过采用二次喷油技术,来实现准均质稀薄燃烧,并进而提高发动机的各项性能。由于采用该技术生产企业不需更换工装和设备,成本少,见效快,因此很具实用价值,可以预见也会有很好的市场前景。 二次喷油试验证明,欲改善控制充气发动机的性能,应留意使二次喷油正时、二次喷油比例等参数与适当大小的进气流动强度相配合。进气流动强度对二次喷油正时有着重要的影响,这种影响大体表现为随着进气流动强度的增加,二次喷油的最佳时刻表现出向喷油提前角度减小的方向,也就是向进气过程后期的方向移动的趋势。 控制充气发动机结合二次喷油技术后,与初始原型机相比稀燃极限提高了4个空燃比单位,最低燃油消耗率降低幅度达到约18%。发动机排放特性也得到明显的改善,相对于单次喷油未加进气控制阀时的排放,CO改善幅度达到50~60%,NOx改善幅度达到约65~75%。


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