稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)

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稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù)主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是混合氣體中過(guò)量的空氣能夠降低燃燒過(guò)程溫度，減少NOx排放；二是混合氣體含氧量高，燃燒充分，輸出功率更高。然而，理想的稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)需要準(zhǔn)確的燃料流量、點(diǎn)火時(shí)間及空燃比控制來(lái)避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。提出了采用電子控制技術(shù)的“全權(quán)”控制系統(tǒng)。

稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比大于按照化學(xué)計(jì)量式計(jì)算出來(lái)的空燃比，定義兩者的比值為k。研究表明，隨著k值的增大，NOx的排放先增加，k值在1.1處達(dá)到峰值，隨后急劇減少；此外，NOx的排放值還會(huì)隨著燃燒溫度和點(diǎn)火提前角的增加逐漸增加。

綜合考慮空燃比、點(diǎn)火提前角和進(jìn)氣歧管溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)只在很小的工作范圍內(nèi)才能避免爆震。為此，選用了諸多執(zhí)行器和傳感器搭建了試驗(yàn)臺(tái)架，利用“全權(quán)”控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制并觀測(cè)相關(guān)變量，如空燃比、點(diǎn)火提前角、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、壓力、負(fù)荷、廢氣溫度和NOx排放等。

保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，試驗(yàn)輸入?yún)?shù)有k值、點(diǎn)火提前角和進(jìn)氣歧管溫度，分別單獨(dú)改變這3個(gè)變量值并觀測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生爆震現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明：①隨著k值的增大，廢氣溫度逐漸降低，發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸遠(yuǎn)離爆震區(qū)域；②點(diǎn)火提前角的增大對(duì)廢氣溫度的降低起到一定的促進(jìn)效果，但過(guò)大的點(diǎn)火提前角使得發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震，因此應(yīng)優(yōu)先考慮避免爆震，點(diǎn)火提前角應(yīng)當(dāng)小于32°；③進(jìn)氣歧管溫度的升高對(duì)廢氣溫度無(wú)明顯影響，且發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震，其值應(yīng)當(dāng)控制在83℃以下；④對(duì)于廢氣排放，NOx隨k值的變化與理論相仿，呈反向關(guān)系。

綜上，選擇較大的k值、合適的點(diǎn)火提前角、較低的進(jìn)氣歧管溫度能夠在保證發(fā)動(dòng)機(jī)效率的前提下減少NOx排放，同時(shí)遠(yuǎn)離爆震區(qū)域。

Marcio Perin et al. SAE 2013-36-0402.

編譯：張為榮