点火提前角对发动机性能影响的研究

2018-10-22郭凤男方立辉辛海霞郝美刚王建勋

汽车实用技术 2018年19期

郭凤男，方立辉，辛海霞，郝美刚，王建勋

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江哈尔滨 150060）

引言

随着汽车行业的高速发展，汽车保有量逐年增加，汽车行业已呈现出百家争鸣、百花齐放的场景。伴随着消费者生活品质的提高，这对车企也提出了更严格的要求，车企在保证汽车经济性的前提下，还要满足消费者对其动力性的要求。点火提前角作为发动机电喷系统中一个极其重要的匹配参数，它对发动机的动力性、经济性及排放有着显著的影响。什么是点火角提前呢？点火提前角就是从火花塞打火时刻开始到活塞运动到压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势处于活塞做功下降行程，这样发动机做功效率最高，缸体振动最小，缸内温度最低[1]。点火角提前角过大，会造成爆震，使活塞行程受阻，做功效率降低，加剧磨损，损坏发动机零部件；点火提前角过小，会导致混合气燃烧不充分，做功效率降低，无论点火提前角过大或过小，都会影响发动机的动力性、经济性及排放。更好地调整点火提前角，对发动机动力性、经济性的改善非常明显，所以需要匹配出发动机在各种不同工况下的最佳点火提前角。发动机点火提前角匹配的好坏，直接影响着发动机性能，而影响点火角提前角的因素有很多，例如发动机冷却水温度、中冷后进气温度、压缩比、燃油品质、负荷以及转速等[2]。

本文通过理论分析与实践相结合，对以下内容进行研究：

（1）点火提前角对发动机性能的影响；

（2）点火提前角随转速、负荷的变化规律；

（3）影响点火提前角的因素。

1 试验对象与试验装置

本次试验以我司一款增压型汽油发动机为基础。增压型式采用废气涡轮增压器，发动机排量为1.3L，发动机汽缸排列型式为直列四缸、四冲程，发动机主要配置为进气 VVT与废气涡轮增压器，发动机主要参数见表1。

表1 发动机主要参数

本试验发动机台架状态如图1所示，发动机燃烧后的废气通过推动增压器涡轮使其旋转，进而带动增压器压轮旋转压缩空气，一般情况下，压缩后的空气温度很高，为了降低温度，压缩后的空气通过中冷器进行冷却，冷却后的空气再通过进气歧管进入汽缸内。

中冷器带PID控制阀，中冷后空气温度可调，通常控制在25°～50°；燃油消耗量由AVL油耗仪测量，一般情况下，试验使用93#乙醇汽油，93#乙醇汽油空燃比为14.2；涡轮前端排气的过量空气系数由ETAS LA4测量；发动机输出的实测扭矩由 AVL测功机测量；发动机的点火提前角参数通过INCA、ETK、ES590、以及LA4等工具匹配。

图1 发动机台架状态

2 点火提前角对发动机性能的影响

发动机性能评价指标有很多，主要包括动力性能指标（功率、扭矩、转速）、经济性能指标（燃油与润滑油消耗率）、运转性能指标（冷起动性能、噪声）、耐久可靠性能指标以及排放指标。影响发动机性能评价指标的因素也有很多，而本次试验主要研究点火提前角匹配的好坏对发动机性能的影响。

2.1 点火提前角对部分负荷性能的影响

发动机部分负荷工况主要以经济性作为评价指标，而评价经济性能好坏的重要参数就是燃油消耗率，所以本次试验研究点火提前角对部分负荷燃油消耗率的影响，试验工况见表2。

表2 试验工况

发动机稳定在部分负荷工况，通过匹配不同的点火提前角来研究燃油消耗率的变化情况，根据理论分析与实践相结合，得出以下结论：发动机在每一个部分负荷工况，都存在一个最佳的点火提前角；点火提前角处于最佳时，燃油消耗率最低，发动机经济性最好；在最佳点火提前角附近加减点火角时，燃油消耗率变大，发动机经济性变差，详细试验结果见图2。

图2 点火提前角随转速的变化规律

2.2 点火提前角对全负荷性能的影响

发动机全负荷工况主要以动力性作为评价指标，而评价动力性能好坏的重要参数就是扭矩，影响全负荷扭矩的因素有很多，其中点火提前角是最重要因素之一，所以本次试验研究点火提前角对全负荷扭矩的影响，试验工况见表3。

表3 试验工况

发动机稳定在全负荷工况时，通过匹配不同的点火提前角来研究外特性扭矩的变化情况，根据理论分析与实践相结合，得出以下结论：发动机在每一个全负荷工况，都存在一个最佳的点火提前角；点火提前角处于最佳时，输出扭矩最大，动力性最好；在最佳点火提前角附近加减点火角时，输出扭矩变小，发动机动力性变差，详细试验结果见图3。