单缸汽油机点火系统分析

2022-09-28刘丕莲

内燃机与配件 2022年16期

新时期，社会不断发展，时代一直进步，汽车制造业也应当与时俱进，积极引进新技术，学习新理念。同时创新和改进设计理念和制造工艺，以便适应社会的不断发展，满足先进时代的需求。对于当前出现的资源供给紧张、环境污染严重的问题，作为汽车制造企业，更应注重汽车节能减排方面的改造，加强对发动机点火性能的优化，以便能够为我国可持续发展战略的推进作出更多的贡献。出于这样的考虑，本文将对单缸汽油机为例，针对其点火系统进行相关研究，以供同行业者交流和借鉴。

Where: Fi is the i-th foot bolt′s axial pulling force; Li is distance which is from the i-th foot bolt′s axis to frame bolt group′s centroid.

1 单缸汽油机点火系统的硬件设计

本文选取的研究对象为K157FMI发动机，是125mL排量的单缸四冲程发动机，该发动机选用GS125点火器。

本次设计的点火系统主要由三部分组成，分别为电子控制单元、传感器以及点火执行器，是对汽车用微机控制的点火系统(ESA)的基本原理予以借鉴基础的上得以完成

。在该点火系统中，传感器主要是用来传递从发动机上采集的实时数据到单片机上，以便在单片机进行点火提前角的计算时提供原始数据。电子控制单元的作用是接收经由传感器传递来的发动机运行参数，以便在内部程序分析判断后，将该转速下的闭合角与最佳的点火提前角计算出来。闭合角信号经由单片机传递来后，点火执行机构会对开关进行相应的闭合。等到初级线圈电流达到所需的值后，单片机控制断开初级线圈，在高压电被次级线圈感应后向火花塞输送，从而发生跳火现象。最后发动机内部的可燃混合器将会被点燃。图1，为点火系统框示意图。

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2 单缸汽油机点火系统的软件设计

在本课题的研究中可以采用的只有发动机转速信号。所以在本次设计中不考虑发动机负荷，需要考虑的是根据发动机转速判断点火提前角。在控制点火提前角和闭合角时，使发动机转速按照500r取样来确定点火提前角，并在单片机中代入原始数据

。以下对最佳点火提前角和闭合角的选择进行具体论述：

2.1 最佳闭合角的选择

在启动发动机时，由于还没达到怠速转速，电子控制单元会将其看作为闭合角值，所以会闭合初级线圈

。在发动机转速超出怠速转速后，这时电子控制单元分析模数转换后的速度参数，然后将所需要的闭合角区间计算出来，随后其会将合适的闭合角从单片机内部数据中读取出来。

2.2 点火提前角的选择

开始启动发动机时怠速转速还没有达到，电子控制单元会给出默认的一个点火提前角，即电子控制单元会对初级线圈切断的时刻出默认选择。然而发动机超出怠速转速后，根据模数转换后的速度参数，电子控制单元会将所需要的点火提前角区间计算出来，然后其会在单片机内部数据中进行点火提前角的合理选取。

2.3 程序算法框图

You can do()you want,but you should find its valuable.

3.1.3 模型精度的计算

从图2可知，开始初始化所有的参数，然后输入发动机的转速信号，由单片机进行判断，发动机是否达到怠速转速。如果转速没有达到怠速转速，便不需要计算内部存储的数据，则是将点火脉冲信号直接发出，从而使火花塞跳火

。若转速超出怠速转速，则需要在对转速数据掌握的基础上，对点火提前角A1和闭合角A0予以计算，压缩上止点前初级线圈闭合的曲轴转角则等于闭合角与点火提前角之和。然后，当曲轴转动到压缩上止点A0+A1°CA时，闭合初级线圈，经过A0°CA，当断开初级线圈之后，会有高压在次级线圈感应中产生。然后，将会有点火脉冲发出，使火塞跳火，最终使得点火过程完成，经历A1°CA，压缩上止点将有发动机到达。

3 单缸汽油机点火系统的模拟分析

太平洋西北的河口很年轻，距今只有15 000年或10 000年的历史，在冰的作用下和浮木的推动力量下，河口一直处于动态的变化中。在这里，树木以古老的方式流入河流，但自从人们开始为航运清理河道，兴起了工业化的伐木作业，以及随着河滨地区的发展和水电大坝的建立，人类活动也对河口和水道产生了很大的影响。

程序的主要内容就是能够合理的判断点火提前角以及闭合角。程序算法框图，可详见图2。

3.1 发动机计算模型的建立

3.1.1 一维计算模型的建立

本次以K157FMI发动机为原型，建立相应的模型。BOOST中单缸发动机模型的构造并不复杂，在工作区域将库中图标直接拖入就好。

我们观察图4可知，如果功率在0.2kW以下，原机燃油消耗率略低于计算模型，不过差距不明显；如果功率处于0.2-0.3kW这个区间，原机相比于计算模型，在燃油消耗率上较低，但差别也不明显。当功率在其他范围时，原机与计算模型数据基本重合，误差不会超过5%。由此可知，应用此模型进行模拟分析，是完全可行的。

需进行参数设置的，主要包括有发动机缸数、转速、冲程等。在具体设置中，还是以K157GFMI发动机作为主要参考，其选用的是外部油气混合四冲程单缸汽油发动机，在计算中发动机转速在1500r/min与3500r/min之间。计算时每3°CA需进行一次输出数据的采样

。经过试验多次，30个工作循环被定为计算时间，以便使计算的稳定性和收敛性得以充分保证。

在图3中，各个元件含义可详见表1。

3.1.2 计算和模拟参数设定

例如，教学《除法的初步认识》时，设计了白雪公主和四个小矮人的动画片：白雪公主获得了全国舞蹈大赛一等奖，四位小矮人去为她祝贺，白雪公主拿出12个苹果来招待他们。白雪公主应该怎样分才合适呢?让学生帮助白雪公主分一分，并说一说是怎么想的。在学会了除法后，再让学生帮助小矮人解救被恶毒皇后使用魔法而困住的白雪公主，让学生破解三道魔法(练习题)，解救出白雪公主。白雪公主为了感谢大家，和小矮人推着十个大西瓜，地上放着两个箩筐(画外音：小朋友谢谢你们了，如果你们能根据图意列出除法算式，这些西瓜就送给你们了！)。这样把教材中的例题、习题有机的结合起来，使学生在玩中学，学中玩，把认识活动动态化，情感化。

少年夫妻老来伴。经过几十年的磨合，浓浓的亲情已经融入双方的生命，相互陪伴，相互忍让，相互包容，是多数老年夫妻的相处之道。当然，也有一部分老年人不甘心面对平淡的生活，无法忍受另一半的缺点，这样的婚姻会变得越来越浮躁，婚姻中的问题与矛盾也会变得越来越棘手。一般来说，夫妻之间要注意一些细节，才不会让婚姻产生“裂缝”。一旦出现“裂缝”，要学会适当加点黏合剂。

在模型的建立过程中需要对程序中的一些推荐值进行借鉴。由于之中有很多的经验参数，因此必须验证模型计算的精度。图4，可见原机实验结果与计算结果。

根据现实中发动机的运行状况，模型的主要构造的三个部分分别是：气缸部分、进气部分和排气部分。首先介绍气缸部分，需要根据实际需求进行相应设计。再来说进气部分，其内涉及多种装置。如空气滤清器、进气道等。最后说排气部分，其构造较为简单，空间模型与排气道分别仅有一个。模型具体如图3所示。

3.2 计算过程及结果分析

第一步需要对仿真控制予以设定，把四冲程单缸计算模型定义为其计算模型，计算时间为30个工作循环，以达到保证发动机的正常运行与计算结果的稳定性。设5mm为一个单元，进行管路的计算，每隔3°CA需进行输出数据的采样；在管路初始压力经过合理设定后再进行合理计算。

当发动机转速为2000r/min时，点火提前角分别设定为：原机(10°CA)、11°CA、12°CA、13°CA，计算发动机燃油消耗率及功率曲线，最终结果与原机作以比较。

从图5可知，在发动机达到2000r/min转速，点火提前角为11°CA时，燃油消耗率相比于原机普遍较高。由此可知，当前转速与该点火提前角并不适合。当点火提前角为12°CA时，相比于原机来说，此模型燃油消耗率较小，因此对当前转速较为适用。在13°CA点火提前角时,在低扭矩以及低功率下，此模型燃油消耗率相比于原机较高，而功率较大时，该模型燃油消耗率要比原机底，所以当前转速和该提前角并不适合。

因此，当发动机到2000r/min转速时，上止点之前12°CA为最佳点火提前角。同理，其他各个转速下的最佳点火提前角，都可通过此种方式计算出来。图6为计算得到的最佳点火提前角与原机参数对比。

选用AVL BOOST软件进行发动机模型的建立，在将发动机的各项参数设定好之后，进行原机模拟计算。对实际计算结果与原机结果在负荷特性上的差距作以比较，若差距控制在5%以内，则说明此次模拟是成功的

。在此基础上，可对模型的点火正时进行改变。最佳点火提前角可通过发动机负载特性试验方法予以计算出来。

从图6可知，计算的最佳点火提前角普遍比原机的点火提前角要大。所以在设定单片机点火系统的原始数据时，可结合计算结果予以相应设定。

根据模型中的相关参数，并结合基于单片机的点火系统展开了相关实验，得出以下结论：

构音障碍(dysarthria)是脑卒中后常见障碍,Flowers HL[1]等人的研究发现首次缺血性卒中的患者中,构音障碍的患者发病率达高42%。有效改善构音障碍能极大的提高患者的康复积极性和降低医疗费用。目前,研究热点主要集中在脑卒中后肢体功能康复方面,对构音障碍的临床研究较少。本文运用构音障碍训练联合针灸治疗对脑卒中后构音障碍的疗效的进行研究,研究过程如下:

(1)本次设计的汽油机点火系统，应用于实践之中，能使发动机正常运行；

化学法——金属与水反应。这种方法最常用的金属是镁。镁属于第二主族元素，与钠同周期，故金属性比钠弱，与水反应生成物与纳与水反应相似，条件比钠要求高。镁与热水(冷水)反应强烈(缓慢)生成氢氧化镁沉淀物并置换出氢气，化学方程式为，Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

(2)通过对发动机点火提前角进行调整，得到的数据与模拟计算结果基本一致，可有效的提高发动机性能；

(3)在低转速下，在较大功率下试验获得的点火提前角的发动机燃油效率要高于原机。然而当高转速时，燃油消耗要低于原机，这对单缸发动机来说，仍具有一定的现实意义。