天然气发动机稀燃条件下点火提前角的试验分析

王红琴，孙强，姚峰，何敏

（宁波市金榜汽车电子有限公司，浙江 宁波 315000）

天然气发动机稀燃条件下点火提前角的试验分析

王红琴，孙强，姚峰，何敏

（宁波市金榜汽车电子有限公司，浙江 宁波 315000）

点火提前角控制作为发动机控制的两大主要因素之一，对发动机工作的稳定性和做功效率有着直接的影响，优化的点火提前角可以有效提高发动机的动力性和经济性。特别是在稀燃条件下工作的天然气发动机，由于点火困难，燃烧速度慢，对点火系统提出了更高的要求。本文针对采用稀燃技术的天然气发动机进行试验研究，提出了发动机在不同进气压力及不同转速下的点火提前角变化规律，并对点火提前角对发动机扭矩、燃气消耗、排温、排放等指标进行了对比分析。

天然气发动机；点火提前角；稀薄燃烧

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

引言

燃气汽车作为我国治理大气污染和实现替代能源战略的有效途径之一，得到了快速的发展，目前市场销售的天然气发动机受制于发动机散热能力的限制，大多采用稀薄燃烧技术，以满足发动机排温的要求，同时也可以满足相关的排放要求。但采用稀燃技术的天然气发动机也会带来一系列的问题，如燃料的低温化学反应时间增加、燃烧速度缓慢、失火、爆震、后燃等，导致发动机动力性下降。

如何在稀燃条件下，通过不同负荷、不同转速下的点火优化，解决发动机失火、爆震、后燃等技术问题是本文研究的重点。

1、试验条件和方法

本文以潍柴斯太尔WP10增压天然气发动机（发动机主要技术参数见表1）为研究对象，发动机控制采用顺序点火、闭环控制稀薄燃烧技术。试验台架采用。。。。，采用CNG气源，Landi NG2-8调压器，Bosch喷嘴，Denso点火线圈，NGK双铂金火花塞，Kingband车用燃气发动机ECU。

试验过程和方法：

（1）基本点火角标定优化。固定发动机空燃比，采集不同进气压力、不同转速下，对应最大扭矩的点火提前角，绘制点火MAP图。

（2）燃料消耗率对比。固定发动机转速在1500RPM，测试发动机达到最大功率点时，点火提前角和燃气消耗的关系。

（3）排温对比。固定发动机转速在1500RPM，测试发动机达到最大功率点时，点火提前角和排温的关系。

表1 WP10气体发动机主要技术参数

2、试验结果分析

根据试验数据绘制点火MAP图如下：根据点火MAP图可以得出如下结论：

2.1 转速不变时，发动机最佳点火提前角随负荷增加而减小

在发动机保持转速不变的情况下，负荷增加，火焰传播速度增大，燃烧时间就会缩短，在这段较短的时间内，曲轴转过的角度也较小。反之，如果负荷减小，最有利提前点火提前角就应该增大。

2.2 负荷不变时，发动机最佳点火提前角随转速增加增大

2.3 特定工况下燃气消耗率对应的最佳点火提前角与最大扭矩点时的对应的点火提前角一致在负荷保持不变的情况下，如果发动机转速增加，则曲轴转角增大，为了使燃气能在上止点后产生最大压力，最佳点火提前角就应该增大。

2.4 点火提前角合理的情况下，适当增大点火角，燃烧室内温度上升，反而排气管内的温度就降低了，这是因为点火提前角的增大导致了提前点火，混合器提前燃烧，并有更多的时间膨胀做工，到达排气管内没有后退时候管内温度高，从而就降低了排气管的温度。保护了排气系统。

2.5 点火提前脚对扭矩和燃气消耗量的影响

转速为1500r/min时，扭矩随点火提前角先增大，然后开始下降。主要是由于天然气滞燃期较长，稀薄燃烧时燃烧过程缓慢，如果点火提前角过小，将导致天然气主燃期在上止点相当靠后的位置，作功能力下降，使发动机扭矩输出降低，点火提前角过大，则在压缩冲程的活塞的负功增加，同样使发动机的扭矩输出减小。

标定工况1500r/min时点火提前角为29的时候，扭矩相对较大，燃气消耗量相对较小，在消耗较少燃气的情况下能够获得较好的动力性，说明此时点火提前角有利于缸内燃烧过程的进行。

通过试验，得出对本文研究的机型，标定工况1500r/min时，点火提前角29°比较合理。

3、结论

点火提前角的大小直接关系到天然气发动机的燃烧过程，从而影响其输出功率、排温、燃气消耗率。对于发动机每一工况都存在一最佳点火提前角，使发动机功率最大，燃气消耗量低。合理的最佳点火提前角使发动机易启动、功率大、噪音低，燃气消耗率低，排气温度降低，磨损小，机油更换周期延长，尾气中有害气体成分减少。

[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] 李国岫，姚宝峰。天然气发动机稀燃工况燃烧循环变动特性研究，车用发动机，2007，No。2（168）：26-29.

[3] 钱人一，现在汽车发动机电子控制 上海：上海交通大学出版社，1999.

[4] 鲁植雄，汽车电喷发动机波形分析图解 南京; 江苏科技出版社, 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

王红琴，就职于宁波市金榜汽车电子有限公司。