天然氣發動機稀燃條件下點火提前角的試驗分析

王紅琴，孫強，姚峰，何敏

（寧波市金榜汽車電子有限公司，浙江 寧波 315000）

天然氣發動機稀燃條件下點火提前角的試驗分析

王紅琴，孫強，姚峰，何敏

（寧波市金榜汽車電子有限公司，浙江 寧波 315000）

點火提前角控制作為發動機控制的兩大主要因素之一，對發動機工作的穩定性和做功效率有著直接的影響，優化的點火提前角可以有效提高發動機的動力性和經濟性。特別是在稀燃條件下工作的天然氣發動機，由于點火困難，燃燒速度慢，對點火系統提出了更高的要求。本文針對采用稀燃技術的天然氣發動機進行試驗研究，提出了發動機在不同進氣壓力及不同轉速下的點火提前角變化規律，并對點火提前角對發動機扭矩、燃氣消耗、排溫、排放等指標進行了對比分析。

天然氣發動機；點火提前角；稀薄燃燒

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)02-101-02

引言

燃氣汽車作為我國治理大氣污染和實現替代能源戰略的有效途徑之一，得到了快速的發展，目前市場銷售的天然氣發動機受制于發動機散熱能力的限制，大多采用稀薄燃燒技術，以滿足發動機排溫的要求，同時也可以滿足相關的排放要求。但采用稀燃技術的天然氣發動機也會帶來一系列的問題，如燃料的低溫化學反應時間增加、燃燒速度緩慢、失火、爆震、后燃等，導致發動機動力性下降。

如何在稀燃條件下，通過不同負荷、不同轉速下的點火優化，解決發動機失火、爆震、后燃等技術問題是本文研究的重點。

1、試驗條件和方法

本文以濰柴斯太爾WP10增壓天然氣發動機（發動機主要技術參數見表1）為研究對象，發動機控制采用順序點火、閉環控制稀薄燃燒技術。試驗臺架采用。。。。，采用CNG氣源，Landi NG2-8調壓器，Bosch噴嘴，Denso點火線圈，NGK雙鉑金火花塞，Kingband車用燃氣發動機ECU。

試驗過程和方法：

（1）基本點火角標定優化。固定發動機空燃比，采集不同進氣壓力、不同轉速下，對應最大扭矩的點火提前角，繪制點火MAP圖。

（2）燃料消耗率對比。固定發動機轉速在1500RPM，測試發動機達到最大功率點時，點火提前角和燃氣消耗的關系。

（3）排溫對比。固定發動機轉速在1500RPM，測試發動機達到最大功率點時，點火提前角和排溫的關系。

表1 WP10氣體發動機主要技術參數

2、試驗結果分析

根據試驗數據繪制點火MAP圖如下：根據點火MAP圖可以得出如下結論：

2.1 轉速不變時，發動機最佳點火提前角隨負荷增加而減小

在發動機保持轉速不變的情況下，負荷增加，火焰傳播速度增大，燃燒時間就會縮短，在這段較短的時間內，曲軸轉過的角度也較小。反之，如果負荷減小，最有利提前點火提前角就應該增大。

2.2 負荷不變時，發動機最佳點火提前角隨轉速增加增大

2.3 特定工況下燃氣消耗率對應的最佳點火提前角與最大扭矩點時的對應的點火提前角一致在負荷保持不變的情況下，如果發動機轉速增加，則曲軸轉角增大，為了使燃氣能在上止點后產生最大壓力，最佳點火提前角就應該增大。

2.4 點火提前角合理的情況下，適當增大點火角，燃燒室內溫度上升，反而排氣管內的溫度就降低了，這是因為點火提前角的增大導致了提前點火，混合器提前燃燒，并有更多的時間膨脹做工，到達排氣管內沒有后退時候管內溫度高，從而就降低了排氣管的溫度。保護了排氣系統。

2.5 點火提前腳對扭矩和燃氣消耗量的影響

轉速為1500r/min時，扭矩隨點火提前角先增大，然后開始下降。主要是由于天然氣滯燃期較長，稀薄燃燒時燃燒過程緩慢，如果點火提前角過小，將導致天然氣主燃期在上止點相當靠后的位置，作功能力下降，使發動機扭矩輸出降低，點火提前角過大，則在壓縮沖程的活塞的負功增加，同樣使發動機的扭矩輸出減小。

標定工況1500r/min時點火提前角為29的時候，扭矩相對較大，燃氣消耗量相對較小，在消耗較少燃氣的情況下能夠獲得較好的動力性，說明此時點火提前角有利于缸內燃燒過程的進行。

通過試驗，得出對本文研究的機型，標定工況1500r/min時，點火提前角29°比較合理。

3、結論

點火提前角的大小直接關系到天然氣發動機的燃燒過程，從而影響其輸出功率、排溫、燃氣消耗率。對于發動機每一工況都存在一最佳點火提前角，使發動機功率最大，燃氣消耗量低。合理的最佳點火提前角使發動機易啟動、功率大、噪音低，燃氣消耗率低，排氣溫度降低，磨損小，機油更換周期延長，尾氣中有害氣體成分減少。

[1] Daseu Jun,Norimasa Iida. A Study of High Combustion Efficiency and Low Co Emission in a Natural Gas HCCI Engine.SAE Paper 2004-01-1974.2004.

[2] 李國岫，姚寶峰。天然氣發動機稀燃工況燃燒循環變動特性研究，車用發動機，2007，No。2（168）：26-29.

[3] 錢人一，現在汽車發動機電子控制 上海：上海交通大學出版社，1999.

[4] 魯植雄，汽車電噴發動機波形分析圖解 南京; 江蘇科技出版社, 2001.

Natural gas engine ignition angle of advance ignition experiment of thin condition analysis

Wang Hongqin, Sun Qiang, Yao Feng, He Min
（Ningbo Gold Automotive Electronics Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315000）

The ignition advance angle control as one of the two main factors in engine control, have a direct impact on the stability and work efficiency of the engine work, the optimization of ignition advance angle can effectively improve the power and economy of engine. Especially in the natural gas engine under lean burn conditions of work, because the ignition difficulty, slow combustion speed, put forward higher requirements on the ignition system. This paper studied on the use of natural gas engine lean combustion technology, puts forward the ignition engine at different inlet pressure and different rotating speed of advance angle variation, and the ignition advance angle of the engine torque and fuel gas consumption, exhaust temperature, etc. were compared and analyzed.

Natural Gas Engine；The ignition advance Angle；lean - burn

U467.2

A

1671-7988(2015)02-101-02

王紅琴，就職于寧波市金榜汽車電子有限公司。