LPG在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上的稀限判別王振鎖鄧寶清李理光2，肖宗成王惠萍1(1.吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，吉林長春130025;2.上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200030)明：扭矩波動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、HC排放值和HC升高率都受空燃比的影響，并且它們的變化趨勢具有較好的一致性;隨著空燃比的變化，轉(zhuǎn)速波動(dòng)變化不明顯，受發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的影響，用于判別稀限的HC排放值較難確定，因此把扭矩波動(dòng)和HC升高率作為稀限的判斷條件比較合理。
稀薄燃燒技術(shù)具有能改善經(jīng)濟(jì)性和降低有害排放的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合缸內(nèi)直噴以及可變配氣定時(shí)等先進(jìn)技術(shù)，已在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上得到推廣應(yīng)用，而稀薄燃燒技術(shù)中的關(guān)鍵是稀限的判別及將空燃比控制在稀限范圍內(nèi)的實(shí)現(xiàn)方法。在國外，已經(jīng)有許多研究人員對(duì)稀限進(jìn)行深入分析和試驗(yàn)研究。Quader提出了燃燒稀限、點(diǎn)火稀限和失火稀限的定義;eywood指出可以用平均指示有效壓力的變動(dòng)系數(shù)來判斷失火稀限用HC排放值來判斷稀限最具有實(shí)際意義等等。國內(nèi)目前關(guān)于這方面的研究很少，因此對(duì)稀限判別的研究非常必要。本文結(jié)合LPG稀薄燃燒的應(yīng)用研究進(jìn)行了LPG稀限判別的相關(guān)試驗(yàn)，嘗試找出適合發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的簡便而精確的稀限判別方法。
1稀限的定義及其判據(jù)的分析11稀限的定義根據(jù)Quader的提法，稀燃界限有3種定義，即燃燒稀限、點(diǎn)燃稀限和失火稀限。
燃燒稀限：指保證火焰?zhèn)鞑サ淖钕〉目杖急?，是混合氣溫度和壓力的函?shù)。溫度對(duì)燃燒稀限的影響可以用下式計(jì)算：點(diǎn)火稀限：指外部能量能夠使混合氣達(dá)到最低點(diǎn)火溫度的最稀空燃比。它同燃料、混合氣速度以及火花塞點(diǎn)火時(shí)混合氣的溫度和壓力有關(guān)，還與點(diǎn)火系統(tǒng)的各參數(shù)(火花持續(xù)期、能量釋放速度、電極材料以及火花塞間隙)有關(guān)。
失火稀限：指混合氣沒有點(diǎn)火，沒有完全燃燒，或者由于火焰?zhèn)鞑ニ俣忍投谌紵瓿芍盎鹧嫦鐣r(shí)的空燃比。Quader曾定性地分析了點(diǎn)火和火焰?zhèn)鞑?duì)失火稀限的影響。
在實(shí)際應(yīng)用中又可將發(fā)動(dòng)機(jī)稀限分為穩(wěn)定運(yùn)行稀限和可應(yīng)用稀限。當(dāng)點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的未燃混合氣基金項(xiàng)目：國家教育部骨干教師基金資助項(xiàng)目;國家技術(shù)創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(國經(jīng)貿(mào)技(1998)345號(hào))過稀時(shí)，火焰擴(kuò)展期、快速燃燒持續(xù)時(shí)間及燃燒過程的循環(huán)期間波動(dòng)都將增加，最后達(dá)到某一點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況惡化且不穩(wěn)定，碳?xì)渑欧帕垦杆僭黾樱@些現(xiàn)象的發(fā)生點(diǎn)定義了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行稀限，又叫稀薄運(yùn)行極限?？蓱?yīng)用稀限是指綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和排放，通過加大節(jié)氣門開度使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降得到補(bǔ)償，并且達(dá)到降低排放和改善燃料經(jīng)濟(jì)性的稀限。
1.2稀限的判別當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)超出稀限運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)燃燒變動(dòng)、排放惡化等一系列問題，稀限的判別也就是通過檢測這些現(xiàn)象是否出現(xiàn)來判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否在稀限范圍內(nèi)運(yùn)行。判別方法分為兩類，一類是在燃燒室內(nèi)安裝傳感器直接測量發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒變動(dòng)，另一類是通過檢測輸出變量來間接確定燃燒變動(dòng)。
在早期的研究過程中，對(duì)稀限的判別方法非常多，失火率、缸壓升高率最大時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角波動(dòng)、缸壓圖面積的波動(dòng)等都曾作為稀限的判別方法。每一種方案根據(jù)不同的的判斷條件又可以作出不同判斷結(jié)果。例如，Quader把0.5%失火率作為失火稀限的判別界限，他認(rèn)為此時(shí)的車輛駕駛性已非常惡劣2;而Ryan等人認(rèn)為失火率為5%時(shí)功率損失和HC排放急劇上升，應(yīng)作為稀限的判斷界限。SAEPaper王振鎖。LPG發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒研究。長春：吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院，2000.王振鎖。LPG用于小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)化與稀薄燃燒。吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)2002，李興虎。丙烷發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒變動(dòng)研究。