WH1152FMI发动机双点火系统研究

天津职业技术师范大学 钟海涛

青岛市技师学院 王 展

天津职业技术师范大学 郁伟帅 孔 超

WH1152FMI发动机双点火系统研究

天津职业技术师范大学 钟海涛

青岛市技师学院 王 展

天津职业技术师范大学 郁伟帅 孔 超

节能环保是当前社会发展所面临的重大问题.本田公司基于节能环保的理念推出了Honda中国节能竞技大赛来挖掘竞技赛车节能的可能.而如何改善燃烧和提高发动机性能对于赛车取得好成绩起到至关重要的地步.针对大赛要求对汽车的发动机进行相应的设计,在满足部件要求的同时达到减少环境污染的目的.运用有限平面逼近方法确立燃烧室的计算方程,采用UG三维建模建确立发动机双点火打孔的合适位置,最终设计出适合比赛用双点火发动机.

本田节能赛车;双火花塞;点火策略

1 研究目的及意义

节能环保是当前社会所关注的主题之一,本田公司基于节能环保的理念举办Honda中国节能竞技大赛来挖掘汽车节能的可能性.大赛的举办提高了人们的环保意识,探索能源效率提升的途径.基于Honda节能竞技大赛规则,比赛中赛车发动机燃油经济性在很大程度上影响了成绩,因此发动机性能提升很重要,点火系统的改进对于发动机性能提升有重要的意义.

2 点火系统改进方案分析

原机采用单火花塞结构,优点是大负荷下点火爆震倾向较小,缺点是在中小负荷下火焰需要较长时间才能传播到远端,因此着火时间长,动力较弱且燃油经济性有待提高.赛车运行过程中,大部分在中小负荷下,因此采用双火花塞结构,为了验证双火花塞燃烧的特点,建立了单火花塞和双火花塞的燃烧方程,计算出单火花塞和双火花塞已燃区体积占燃烧室体积百分比进行比较得出,双火花塞点火燃烧速度快于单火花塞点火燃烧速度;火花塞布置要尽可能的靠近中央,这样有利于发动机的燃烧性能.

3 双火花塞设计

运用UG三维软件进行建模,在软件上模拟出打孔位置,如图1所示,可以看出两个火花塞孔大体上是对称布置的.加工后的双点火系统如图2所示.

图1 UG设计模型

图2 双点火实物

4 双火花塞点火策略

4.1 标定软件ProCAL

标定软件使用ProCAL.ProCAL这是一款小型电喷发动机在线标定工具,可以在发动机运转过程中对发动机的工况进行实时测量和标定,使发动机的工况达到最优;能把标定完的数据下载到ECU(电子控制单元)中;能在发动机运行过程中录制发动机工作数据,并进行数据回放,以此了解发动机工作状态并能及时发现标定数据的不足.

4.2 试验测试方案

WH1152FMI发动机双点火系统研究是基于大赛规则,测试方案合理与否影响比赛成绩.规则要求:比赛时平均车速不低于25km/h,而赛车在比赛时有时加速,有时滑行,因此车速介于13-40km/h,并由传动比换算成发动机转速.为此设计8个单/双火花塞点火工况.此8种点火工况按各个点火曲线的最大点火提前角命名,分别为:29°单点火策略、29&29°双点火策略、27°单点火策略、27&27°双点火策略、24°单点火策略、24&24°双点火策略、22°单点火策略及22&22°双点火策略.29°单点火工况如图3所示.

图3 29°单点火工况

4.3 数据分析

按照设计工况进行试验,得出表1数据.

表1 不同点火策略喷油脉宽记录

通过表1可以看出,分别选取在发动机转速在2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min、4500r/min和5000r/min,获取相应转速下,动力性最好的喷油脉宽.采用单点火方案,各点火提前角下动力性最好的燃油脉宽如图4所示.

图4 单点火方案下各点火提前角下动力性最好的燃油脉宽

图4中可以看出29°单点火策略的喷油脉宽的值是最小的,这说明在这4种单点火策略中点火提前角为29°CA单点火喷油脉宽比较低,此时燃油经济性较好.

采用双点火方案,各点火提前角下动力性最好的燃油脉宽如图5所示.

图5 双点火统计图

从图5中可以看出24度双点火策略的喷油脉宽的值是最小的,这说明在这4种双点火策略中点火提前角为24°(CA)双点火喷油脉宽比较低.

通过对比图4和图5可以发现单点火和双点火系统动力性相同情况下,点火提前角是不同的.两者的喷油脉宽对比如图6所示.

图6 29度点火与24度双点火对比图

可以看出点火提前角为24°CA双点火喷油脉宽比点火提前角为29°CA单点火喷油脉宽要低,范围在10-15%左右,意味着同等动力性条件下,燃油经济性较好;同时点火提前角为24°CA双点火的曲线较平稳,说明转速对喷油的影响不大.通过对比,验证双点火系统要优与单点火系统.

5 结论

设计了一种用于WH1152FMI发动机的双点火系统,通过改造和试验,得出一下结论:

(1)采用双火花塞点火能够提高燃烧放热速率,缩短燃烧持续期,利于提高发动机的热效率,降低发动机的油耗.

(2)采用双点火系统后,最佳点火提前角要适当推迟.

(3)对于WH1152FMI发动机,在比赛规则下,点火提前角为24°CA双点火策略为节能车最佳点火策略.

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1、2016年天津市"大学生创新创业训练计划"项目,项目名称:本田节能车发动机双点火系统设计与开发(项目号:201610066058),指导教师:孔超;2、天津职业技术师范大学科研发展基金(编号:KJ10-17),项目名称:摩托车发动机电控燃油自然喷射系统的设计研究;3、天津市自然科学基金(重点项目)(合同编号:16JCZDJC38200),项目名称:基于主动控制的大型车辆高速稳定性提升策略研究,Fund Project:Key Project of Natural Science Foundation of Tianjin(Grant No.16JCZDJC38200).

钟海涛(1995-),男,广西人,大学本科,现就读于天津职业技术师范大学汽车与交通学院汽车维修工程教育专业.

王展(1990-),男,山东人,大学本科,助教,现供职于青岛市技师学院,主要研究方向为汽车维修.

郁伟帅(1992-),男,江苏人,大学本科,现就读于天津职业技术师范大学汽车与交通学院汽车维修工程教育专业.

孔超(1983-) ,男,山东人,硕士,讲师,现供职于天津职业技术师范大学,主要研究方向为发动机工作过程分析.