WH1152FMI發動機雙點火系統研究

天津職業技術師范大學 鐘海濤

青島市技師學院 王 展

天津職業技術師范大學 郁偉帥 孔 超

WH1152FMI發動機雙點火系統研究

天津職業技術師范大學 鐘海濤

青島市技師學院 王 展

天津職業技術師范大學 郁偉帥 孔 超

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

本田節能賽車;雙火花塞;點火策略

1 研究目的及意義

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

2 點火系統改進方案分析

原機采用單火花塞結構,優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構,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,這樣有利于發動機的燃燒性能.

3 雙火花塞設計

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如圖2所示.

圖1 UG設計模型

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動機在線標定工具,可以在發動機運轉過程中對發動機的工況進行實時測量和標定,使發動機的工況達到最優;能把標定完的數據下載到ECU(電子控制單元)中;能在發動機運行過程中錄制發動機工作數據,并進行數據回放,以此了解發動機工作狀態并能及時發現標定數據的不足.

4.2 試驗測試方案

WH1152FMI發動機雙點火系統研究是基于大賽規則,測試方案合理與否影響比賽成績.規則要求: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動機轉速.為此設計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 數據分析

按照設計工況進行試驗,得出表1數據.

表1 不同點火策略噴油脈寬記錄

通過表1可以看出,分別選取在發動機轉速在2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min、4500r/min和5000r/min,獲取相應轉速下,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可以發現單點火和雙點火系統動力性相同情況下,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,燃油經濟性較好;同時點火提前角為24°CA雙點火的曲線較平穩,說明轉速對噴油的影響不大.通過對比,驗證雙點火系統要優與單點火系統.

5 結論

設計了一種用于WH1152FMI發動機的雙點火系統,通過改造和試驗,得出一下結論:

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

(2)采用雙點火系統后,最佳點火提前角要適當推遲.

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

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1、2016年天津市"大學生創新創業訓練計劃"項目,項目名稱:本田節能車發動機雙點火系統設計與開發(項目號:201610066058),指導教師:孔超;2、天津職業技術師范大學科研發展基金(編號:KJ10-17),項目名稱:摩托車發動機電控燃油自然噴射系統的設計研究;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,現就讀于天津職業技術師范大學汽車與交通學院汽車維修工程教育專業.

王展(1990-),男,山東人,大學本科,助教,現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,現就讀于天津職業技術師范大學汽車與交通學院汽車維修工程教育專業.

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