小型汽油发动机富氧燃烧缸内过程实验研究

维普资讯 htt:/p/wwwcq.vipcom.3第 7卷第2 期2 0 0年 4月 8

型内燃小与机摩 车托SALM L IN ERTAL N OMCB S TU【 O N EGN NI EAND OMTOCRYLCE V01 .3 7 N . 2 o pAr 2 0. 08

小汽油发型机富动燃烧氧缸内程过实验研究李胜琴 (东北林业大学摘关强 1 5 0 400 黑)龙江尔哈滨要提：汽出油发动机氧燃烧技富，术在缸单化油器汽式机油进行上富氧烧实燃验。利用燃烧分仪析对富氧燃烧发动机燃的烧特性 行分进析，实验结果明表进入缸气助燃的气空氧气浓中度 加到增 4 2时，%缸气压力升高最，大压发力生时刻前提燃，油放热加增，始放热开时刻提前，燃过烧程的循环变量动降低，燃烧过程的稳定性提高。

关键词：汽发油动机富氧燃烧缸内过

燃烧特性程文编号章 1 6: 71—0 63 0 2(0 0 8 0 )~ 020 2—20 5

图分中类号：TK 41 1. 2

献标文识码： A

t ud y S f o t h Ie t enr i o r P o c ers s o f x yO g n ee nri c eh d Com bu s t io n o n Mi n i t y p e G as o line Eng i n e Li S h en gq i n, G u n a Qia n g

N r t h e aos t o F res t U n ive rs i ty( Ha rb n i1, 5 004 0 ) Abst r ac t . I n t ih s p ap er, o y xge n e— nr ich e d c obm sut i o n t c he ni q ue wa s p r o o s p d,ea d n t he e pxe ie m rnt wa s d o n e on t he s i g n le c y iln d r eg a s o li n e e gn i n eiwt h c br a r e t o r .uA n in e vs it g a t o n i o o xfy g en— eni c r e dh c om b us t i o n o nt h e

c o m ub s i t o n p e f or rm nc ae f o h t g eas o l i ne e n ign e wa sc

a r r ie do u t . As t he o x y gen c on t e n t o f t h e co m bsut i o n a ir i n— c rea s es t 2 o%4,t h e n e i ng e y c l n die r p r e s usr e i cn re sa ed,t he m oe nt o f m th ema x i m um p er ss r u e h pa pe ne d i na d va n ec. hT eh e at — r el ea s e d a r et w as i n rce a se d,a nd th e mo me nt o f t h e he a t r e l ae se dwas adv a c n ed t o .o T hea l te a r t o n ir a te w s a l woer, nad t he c omb s uti o n st ab il i t y aw s in cr ea s e d . Key w or sd:aGs o l n ei e n g n eiOx y,g ne— e in rch e d c o mbu s t oin, I tne io r r p r o c e ss,Co bm u sti o n e fp or mar n c e

引言车汽动力的来源于动发机气缸内燃油燃所烧出放

才能放出全部热量。向气缸中供给充分的燃料较比容，易而气缸向中供充给分的气氧供烧用燃则比较困。难 以可所认以为定发决动机发出率功小大的主要素因是气缸内可供燃烧用的空气氧气(量)而不是供油。量 此针因对动发燃烧机的特点采取某种技增加术进人气缸中的空总气量氧中气的量，含则既可满以足油燃完全燃烧所需 氧的气量要求，时同不改又变发动机排气的热能。而燃油燃烧放热能出为发动机供提动力的 同，其燃烧时后产 生的废气又会对大气成造染污。年近来由于油石价格的飞涨和汽车尾排放气成造的环境污染，对发动机燃的技烧术出了提来越越的要高求，因此

从发动机燃烧术方面技考虑，各国专家科研及院、都所在试寻图找提发高动机功率、降低油燃耗、减消少排气污的染最有效方的法。

量。提在发高机动动力性 及经济性的同时又恶不化排 ,放则具有

重要的研究意义 。理论分析表 明，在进 入气缸的空内气增中一加定例比氧的后气，料燃燃烧

在发动机的燃烧过程中， 燃只有料完 氧全燃烧化金基项：黑目龙江省育教厅科研项目( 11 52 30 21 )。 作者简介：胜李( 1 9琴 7 6),一，博女士研 究。研生方向为究车运辆品行质控制与生材料技态。术

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o第2期

李胜琴 等：小汽油型动发机富燃氧烧缸过程内实验研

究2 3

热值的增大，热放效率高，提进而与相同质普量通空气助燃相比， 动发机对做功外增，同时加燃燃烧后料生物成中的有害质减物，少进可而以降低发 动机排放造成所的染污。 汽油动发机的工作 程与柴过油机相比，功率不高， 且发机工动作过程中生的废气中成HC和 C O:量含较

利用据数集采分析系统对进气中气氧的浓度、 动发机

转速、动发机率功、废气温度及以油耗等数参进采集行分，对汽析油的氧富烧特性进燃行分析。 验实过程，中采用氧气瓶作 为发机动的氧装供置， 气氧直接通过发动机进气管用发利动机进气时的负压通入发机的动燃烧，室在发动 进气机管内利用氧分析 仪分析进入发动机气缸内助燃空的气中氧的气浓，度 同通时过流量控制控阀制 气氧流量，分别氧气浓在 度2 1为%、 2 4%时进行发动机的烧燃过分程。析实验过程中，要考主察氧气浓度增加对发机动

内多尤，其在冷机动起三效时化催装置起不作用 废，气中有气害得体不到有效的降解，从而对环 造境污成染

本文。针汽油对机的工 特作点，单缸在化油器式汽油发机上进动行富氧燃烧实验，并 对实验果结进行分析，对汽油发动机富燃氧烧术技加研究以。部燃烧情况、功率扭矩及况、情尾排放情气况等进行监测本文。只对缸内烧过燃程进分行析研。究表 2测试系统主仪要器设备

1实验 系统与方1 .法 1实验装 置设名称备烧燃分析仪数据采集系统氧分析仪尾气析仪分动机发试测统系型号D E WE一8 0 0 D E WE一 8 o0 KY一 2 F N H一 5A 01 T D11 5生产家厂奥地利 奥

地利梅城电化分析器厂仪实验用发动机采用 H o nd a G 2 0型单0缸化油 式器发动机其。主要术技数参如表1所示。表 1验实动机发技术参 数

参数缸径行×程/ m 总 m排量/ L缩压比

指标 6×756 0 1 . 9 7 . 6 5

本日田丰

2实验结 分果采用析D EWE一8 0 0系燃烧分析列仪测量动发机在同氧不气浓度空的气助燃下的示功图， 过通对示功图

标定-功 -/￣k W标定转速/( r/m i )n最大矩/ N转 m 大转速/ ( r最/i m n)

. 33 3 6 0 o10 . 4 5 02 0

进行数学分 析，计算不进气状同态最下高燃烧压 及力其在的所曲转轴角、最大 压力升率高其及所在曲的轴角转及燃烧以循环变动的参数。通过示功图对进行热

学力析分确，定同不进气状下的放态热规律。进而对 1.2验方实法

进于气氧中气浓 度对发动机 燃烧特性的影响进行分析。里这我们要主通过下以四参数研个究发动机的燃过烧程： 2. 1烧压燃力分析氧气

验实测试系统框如图图 1所示 。空

气主要分析最高燃烧压力 P max及其所在曲轴 转位角 。置最高燃烧力压的大小与发动机示指热效率、功率 的小有大一定的对应 关，系高最燃烧压力越大，指示功越大 燃，烧状越好态，但发受动强度机及械机效率的

限，最制高烧压燃力宜不高。最过高燃烧力压与应相曲轴转角起一体现发了机动的燃是烧否及，从时热力学角度，看最高燃烧压越接近力止点上，动发机热的效率 高。越图 1试测系 统示意图

图2为氧浓气度 分别为 21和%2 4 时燃%烧过程的示功图。从图可中以看出，随着进气中气浓氧度 的

实验所用采设备的如 2所示表。在发动机缸上盖安缸装压传感器，用利燃烧分仪析进行烧分燃，同析时

增，最高燃加烧压力值升高，力压最大值 发生时刻的

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小型

内

燃机

与摩

托

车

第3卷7有所提。氧前气度浓为 21%时，最高燃烧压力为 2 .1 3 29 PM a, 此时曲轴转角为1 71。C A当；气氧度浓增加到 2 4%

时，最高燃烧 压值力为 2 . 4 9 34 MPa,此时曲轴角为转 6 3 C A,。高燃最烧压增力加度幅不是很大，但发生时提刻前。这是因为随氧着浓度气增的加，燃料

.05 2 0 .48

专0. 4 4

0 .暴4 0 0 _36 燃烧全完，热增放加导致最，高燃 压力烧升 ,同高时由气缸于内氧的气充足，燃料能够迅速烧，燃同时焰火传播的速加度，快所以最高燃烧压力发生的时刻提前。

3 060

9 0

环数循 d B 。A 0 O1 1 O O O

图4平均有压效力对比鼯 0 . 6 3 0. 6 ∞●f

%= IⅢ ¨¨

图 2气缸压力变化,

M“=- .

.专0 . 57

图 3为氧浓气度分别为 2 %和1 24%燃烧时过程 1中2个0环循所得到的高最燃烧力压比。对图中可以 ^ - l:’ 看出氧浓气度为 2%4时，气缸压力明显上升，最高 燃.景0- 5 4 .0 5 0 1.4 8 1. 05

lI nU●烧压力的平均值为2 . 450 4 M a, P而氧气 m浓度为 21%

,最高燃烧压时力的平均为值2 . 1 905 PMa。图4和图 5别分氧为气浓度 为21%和 42%基于的 1 2个 0循环的气缸内平的均有效压力和平均指示压对力，由比图‰

● -, -_耥 ¨“辫口●。 -●

芝日1 . 0 2 I I I

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0. 9 90}. 96

中可以看出，随着氧气度的浓增加，气缸内均平力升高压氧气浓。度 2由%1加到增 2%时4,气缸均指平示压力增加近 2倍。这是也由于随着氧气度浓增的，加燃燃料烧速，迅并且燃烧完，全热放量加增，从而导致气?

,广脚 l

6 090 1 2 03 0

平缸指均压示升高力。 3 . 0

循环数图5平均指不压力对比

E三 2. 7

2三. 2压力升高率析分

最高压力升率高其及所在位置的轴转角曲。最高

2.4。芝3- 1

7 ,压力升高率映反燃了烧速率的快慢，过 大则发动机 工作粗暴，小过燃则烧速慢，率力动性经和济性不佳。由于发动机气进中的氧气要主影响料燃烧速燃的度快慢

火焰及的传播速度，因此利用最高压 升力率高的变化 1 - 8

来反进映气中氧气度浓发对动机的烧特性燃的响影具有比较极积的研究意义。3 0 0 6 9 0 1 02

1 5 .图 6为氧浓气分度别为21和% 42时燃%过烧程中 气压力缸高升率变化的。由图可知进，气中氧气浓度 2为 1%时，缸压力气升率高最的大值为 0 0.7 8 9M Pa/。C A, 循环数

图 3最燃烧高力对压比

维普资讯htt p:/w/ww.cqipv.cmo第期2胜琴李：等小汽油型发机动富氧燃烧缸内程实过研验究9

对应的曲轴角转为 01 7。 C;进A气氧中气浓为 2 4度%时,缸压气升力率高最大值的为0 1. 287 M P a。/ A,所C对应的曲轴转为角5 8。C。 A同样由进于入气缸 的氧 6气增加使燃料，得迅到速燃，烧焰火播传速加度快， 导致压力升率高增加，且并力压高率升最值发生大的时提前刻，此由以看可出为，了减小发动 机的爆燃 3

倾向，当气进中氧气浓度 加增时，应该适推当迟点火提前角。 娶

0

f、一

3

-6一

2 L) U【J

20 040 0

轴曲转1角% A

7图燃油热过放程对比

图 8为油燃燃烧过程累积放热的对比从图。可中

看以出，气中进气浓氧为 2度1时，%累积放 热为率 10 %时0曲轴角转位的置为 9O .5 o CA,当进气中氧气 度浓增到加2 4%,时积累热率为放 100%时所对应 的曲轴角转位置为 7 O 5.。 C,A并且油燃始开燃烧热放时刻提前，样可以认为同，进气中氧气浓度增的加，导致燃油烧迅燃，速焰传火播速度加快，而燃油进烧放热增燃，加开始放时热刻提前。 6气缸图压力升高率化变2 . 3放热规律分析放规律热是在定的假一设条件下，根据力热学 的中量能守恒律定和量能换定律转实由测的示功计图算得而，可以更直地接反燃烧过映的特征程，所以对发动机进行放热律规的研究分和析 ,评是不价氧同气浓度进气发机动烧燃过程一种有的效的途径。本

文从燃

过程烧的热过程和放放率热两面分析进方气中氧气浓度对发动机烧特性燃影的响。 7图为气浓度分氧别 2为%和 2 1 4%时燃油烧燃过程中放热过程对比。从 图中可以看出氧，气浓度为 2 1时%,油燃放热过程的最大值为 (1 . 85 8%)/。 C,A对应的曲轴角转为 89 . o5C A氧气；浓度为 24%时 燃放油过热程最的大值为(2 . 7 59%/ )。CA,对应的曲轴转角 5 8为。 C A开。放热始刻时提 ,前并且燃烧放热过程最大值增 。加于由氧浓气度的加增，相同的量燃油得到充燃分，烧者或在相同时喷入间缸气燃的增油，加从而导致燃燃烧油过程中放增热加。同由于样氧浓度气增图 8燃油燃烧累积 放热对比 2 .4燃循烧环动变分析

燃烧循环变动是在发 动机以某一工况稳 运定转时，一这循环和下一 循的环燃烧过程的进行情况不断

变化，具表体在压现曲力、火线传播焰况以及情动机发率功出均不相输。同燃烧循环变对发动机动不有利的响，影致导动发的动力性机、料燃经济性排、性能放及

加，燃油能够得到迅燃速烧，火焰传速播加度快，进而开放始热时刻前提。

维资讯 h普tp:t/w/wwcqvi..copm2 6操性纵全面恶能化。

小

型内燃

机

与

托摩

车第3 7卷影燃响循烧环动变原的很因，多主要因素有：燃烧过程中气内缸气体动运状况循的变环、动火花点火后

形的成焰中心的轨迹火以及火的起焰始长速率均随成气速度流的大小和方 向改变、缸内的混合气 分成 (特别在是点火瞬间火花附近塞的等)些一因。素评价燃循环烧动变的参数大上体可为分四类与。压力有关的参数最有燃高烧力及压所其对应的曲轴转l2 24角、大压力升最高率及其所对的曲轴应角转、循各环的平均示压力；指与燃烧关有的参数有最大放热率、大最量燃质烧率、着延火迟等期；与火焰前有锋关参的数有某 曲一角轴时火前焰锋置位面、积及扫过的体积，火焰 前锋扫过一某区域所用问时，火核中心在不同时刻的位移等等；与排气关的有参，数如排气中各组分的种浓度等。评价参数尽管同不但，是评的效价果致一，都是 评

价由循于变环动引起的燃烧过程的稳定性。在评价 循环变的动数参一中，冰最\一常用督酶 是与的缸气压内力有关的 9 8 7 6 5 4 23 1 0

氧气浓度(/)%

9图同不氧浓度进气气时的燃循烧环动变比对

加。由图3也 可以看，出进气中氧气浓度加增 2到 4时，%发动机燃过烧程每中循环的最高烧压燃力虽 然有所增加，但最高燃压烧力 值波动的却相比气氧浓为度 21时要小%。由可此以认富氧燃烧时为虽发然动机 缸气压力所增加有，但烧燃程过稳的定性好。所以发动机氧燃富和推迟烧点火前提技角术相结，合既可使以燃油充分烧燃提，放热高率效，又可降以发动低机的燃倾爆向，高发提机燃烧动过程稳定的性。

参数，因为缸压力的内比测较单简、便方。 文本选用最燃高烧力的压环变动率作循评为价燃烧循变环动的主要参数。其达式为表： 3论结 )1在单化缸器油发式动上进行机富燃氧实烧。验

:P占—ma—x

ST D

×1 0%

: 0

√ 1 1一p一￣ o x)刍一 (1 )

气进氧气中浓度 为24%时气，压力升缸，最高燃高烧 压力发生刻时提。前缸压气升力率最高大值增加压力升，高率最值大发生时刻前提。 2 )进气中氧气浓度为2 4%时，燃油燃烧 热增放加放，时热刻提前 。3 )进气中氧气浓为度2 4时，%动发燃烧过程的机 Pm ax

中，式p一 为高最燃烧压力的标准差偏； p为n个连

续循环的高最燃压力烧均平值； p …为第循个的最环高燃压烧；力 n为采循环数样，本文实验采样 度长为 连续12 0循环个。本实验用利K i stl e公r的火花司塞式压力传感器，分别对不氧气浓同度进气状态下缸内的 力压进行采样，然后过通 ED WE一8 00分析仪索每搜个循 环记录循环变动低降，燃烧程过稳的性定提高。 4 )发动机富氧燃烧与推迟点 提火角前技术相结合，望有达理想的燃到特性烧 参。考文献 1 J e r a d Al.a C t on U. es o f a Cy c l eS imu l a ti o n

In o cr po r t a n gi t he S e co n da wL o f he T romd y na mi sc:Re sul ts f o r S a r p—I g nk t i i o n

来下的最高烧燃压力 ,最后据搜根结索和果式( 1 )可计算以出不氧同气浓度进气下的燃烧循环变率动。 根据式 (1 )可以计算出怠速工况时不同氧气浓度进气状下态发机动燃烧程过的循环变动量，如图9所。示

E ng nie s U s i ng O xy g e n E n i r ch e dC o mbu s t i o n A ir[ A] S . AE『 C]: 020 ( 5 ) 1: 11 30

2 胜李琴，等.油柴发动机富燃氧烧论理析分[ ] . J北东林业大学学报 2,0 0 6 (2 )

图从可以中看出，进气中氧浓气度增加到 2 4% 3蒋德明，等.高车等用燃内原理[ M机].西安：安西交通大学出版社， 2 0 0 6(稿收期： 2日0 0 7— 40— 2 0 )时，虽然发动机缸内压气力、力压高升率、平 均指压力示以及燃烧过 的程累积放 率等热参数有均所增加， 发动具机有爆燃的倾 ,向但是基于发机气缸动压力参数化变的烧过程燃的循环动变量却有所降低，即由于循 变动率环所造成发动的机燃烧过程稳的定性有所 增

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