浅淡千分表在摩托车发动机上的使用

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承, [img]http://www.jinkouzc.com/0902142032116912.bmp[/img] 摘要：为适应稀混合气燃烧，应加大点火能量、延长火花放电时间，所以点火系统采用电感放电模式较好。配合摩托车发动机技术的提升，应在改进火花塞上下功夫。随着摩托车排放法规的不断加严，摩托车发动机需要采用一些新技术（如电喷系统、稀燃、废气再循环、代用燃料技术等）来应对，这对点火系统提出了更高要求。1、摩托车发动机点火理论根据日本学者中原吉男提出的点火理论，火花塞通过电极放电点火，点火后能否在混合气中形成火源，火源能否爆发燃烧是两个不同概念。火花塞产生放电火花由点火系统决定，爆发燃烧除了点火系统，还与燃料性质、混合气浓度、气缸内压力、气缸内温度、气缸内气体流速等因素有关。火花塞能在气缸内高温、高压和混合气包围中形成火花，除需要一定的高电压和点火能量外，还受火花持续时间和点火系释放模式影响。一般情况下，试验室测试的摩托车火花持续时间≥200ms，而实际上火花持续时间要求比200ms大2～3倍。学术界对于火花塞电极放电理论一直争论不休，热过程理论主张高温作用下油分子燃烧；化学过程理论主张火花热量使燃油分子活化后燃烧；电离论主张气体分子受电离冲击产生雪崩反应而产生火花放电；中原吉男认为产生火花放电分为2个过程，即电容放电和电感放电，电容放电即高压线圈使火花塞电极间产生放电，这时电路可简化为如图1所示电路。把高压线圈一次侧回路看成一个分布大电容，从电容放电开始，线圈一次侧电压急剧下降，此时在线圈二次侧产生感应高电压，使火花塞放电，这种现象称为电感放电。电感放电波形如图2所示，t1～t2为升压过程，t2～t3为电容放电过程，t3～t4为电感放电过程，所测得的电容与电感放电数据如表1所示。2、火花塞点火三要素摩托车火花塞点火包括电极间高电压、适当的点火能量和火花放电持续时间3个要素。2.1火花塞电极间高电压在《内燃机电气设备》一书中指出，使火花塞电极产生火花高电压与电极间的距离有关，如用击穿电压梯度表示，大约为3000V/cm。实际上这个击穿电压梯度不是恒定的，在常压、常温下，电极间隙为3mm时，所需击穿电压为11000V；电极间隙为0.5mm时，所需击穿电压为2900V；这2种情况的击穿电压梯度分别为37000V/cm和58000V/cm。中原吉男认为，电极间所需击穿电压在火花塞电极温度、燃料种类、气缸内压力等因素一定的情况下，可由下式计算。Vs=KPδ式中：Vs所需击穿电压，kVK常数P混合气密度δ电极间隙，mm在一定条件下，击穿电压与电极间隙呈正比。在国内小型汽油机行业习惯采用以下经验数据，当火花塞间隙为0.6～0.7mm时，各种因素都考虑在内，火花塞电极间击穿电压应＞7000V。2.2火花塞的点火能量火花塞点火、燃烧所需能量受空燃比、气缸压力（压缩比）、点火提前角、冷机、热机及气缸内气流流速等影响较大。一般空燃比小、气缸压力大、点火提前角大、冷机或火花塞电极温度过低等都需要加大点火能量。经分析，一般汽油机点火所需能量在20～30mJ以上为好，能量小火花弱，能量大火花强，燃烧好。2.3火花塞放电持续时间火花塞放电持续时间是指从火花塞电极产生火花开始，到火花完全熄灭所经过的时间，如图2中t2～t4段。它对发动机的稀薄燃烧、废气再循环、乙醇燃料或液化石油气等都有重要影响，对发动机的完全燃烧、尾气排放也起着不可低估的作用。点火系统的放电模式直接影响火花持续时间。图3所示为日本泽藤电机株式会社高野正美所做的3种点火放电模式火花塞持续时间试验曲线，图中tc为电容放电点火系统的火花持续时间（CDI）；tm为白金触点点火系统的火花持续时间；tt为电感点火系统的火花持续时间。这是个无量纲曲线，电感式点火系统比电容放电点火系统的火花持续时间长1倍。为增大摩托车发动机中低转速的点火能量，笔者曾在CDI中增加了稳压电路、倍压电路和加速电路，确实有些效果，不过为了适应稀薄燃烧等技术，建议采用电感式点火系统为好。3、各种新技术对摩托车点火系统的影响3.1无铅汽油对点火系统的影响按GB14622-2000附录E的要求，无铅汽油含铅量≤0.005g/L。这种汽油对减少环境污染、延长催化剂使用寿命都非常有益，但却降低了汽油的抗爆性、易使火花塞产生积碳。中原吉男的试验表明，用含铅汽油时，火花塞电极的自洁温度为420～450℃；用无铅汽油时，火花塞电极的自洁温度为520～550℃。由于自洁温度能烧掉火花塞电极上的积碳，因此使用无铅汽油的发动机在怠速或低速工作时，火花塞电极周围极易积碳或形成电极间跨连失火。3.2稀混合气燃烧对点火系统的要求为降低排放，希望实现稀薄燃烧，同时要求点火系统提高点火能量和火花持续时间。但摩托车发动机属高速强化机型，要避免动力性能损失过大或发动机温度太高出现放炮等现象，混合气又不宜过稀，电感式数字高能点火系统就是为满足稀混合气点火要求而研制的，采用废气再循环也需要这种电感式数字高能点火系统。3.3使用代用燃料对点火系统的要求a）采用液化石油气作为燃料时：冷机起动困难，低温缺火倾向大，因此必须提高点火电压。通常点火所需电压是以汽油为燃料的130％～150％，点火提前角要加大3°～8°。b）采用乙醇汽油作为燃料时：世界上用乙醇作为燃料的国家主要有巴西、美国和中国。其中巴西用纯乙醇，中美两国用含乙醇10％的乙醇汽油。乙醇和汽油的物理性能如表2所示。根据Q/SHR 010-2001企业标准，使用含乙醇10％的乙醇汽油，能使抗爆性能提高3％，因此火花塞热值应提高一级。为了弥补采用乙醇汽油动力下降的问题，往往需提高压缩比，增加点火能量。3.4电喷技术对点火系统的影响如果电喷系统是采用进气道内喷射和数字点火模块，就不存在影响问题，如采用缸内直接喷射，要考虑燃油射流对火花塞电极间的火花影响。4、火花塞的改进根据前面分析，对火花塞的改进可归纳为：采用突出型并改进瓷裙形状；增大电极间隙、采用半遮盖型电极；采用高合金中心电极材料、减小中心电极直径。a）采用突出型并改进瓷裙形状：所谓突出型火花塞就是使火花塞绝缘瓷体的裙部突出于铁壳之外，如图4所示。该火花塞中心电极易接触，爆发火焰升温快，跳火容易，自洁能力强。如果与半遮盖型同时使用，非常容易接触燃油分子，适合稀薄混合气和废气再循环等工况燃烧。当发动机吸气循环时，冷混合气又能使中心电极降温，避免发动机高负荷工况时火花塞炽热点火，对发动机热负荷变化适应性很强。改进瓷裙形状是为快速提高中心电极温度，改善自洁能力，适应无铅汽油、乙醇汽油、液化石油气燃料。b）增大电极间隙、采用半遮盖形电极：在增加点火系统能量的前提下，火花塞电极间隙由原0.6～0.7mm增大到1.1～1.2mm，火花长而粗便于点燃稀薄混合气及废气再循环稀混合气。半遮盖型促进了尖端放电，便于燃油分子通过正负电极空间。c）采用贵金属电极材料，使中心电极直径变细：目前较高质量的火花塞中心电极前端采用高镍丝，中心电极直径为1.8～2.6mm，日本已有中心电极直径为1.1mm的火花塞。电极变细有利于火花放电，但电极材料要选用贵金属来提高化学和电腐蚀性能，目前尚有一定难度。d）等离子喷射火花塞：电极间隙约2mm，产生放电时火花为蓝色、直径约为1mm以上。这种等离子喷射火花塞点火耗能约1～2J，而普通火花塞点火耗能仅20～30mJ，目前应用比较困难。5、结论为适应稀薄混合气燃烧，应加大点火能量、延长火花放电时间，所以点火系统采用电感放电模式为好。配合摩托车发动机技术的提升，应在改进火花塞上下功夫。【MechNet】

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