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国外内燃机 2006年第 4期
当量比对火花点燃发动机爆震的影响
【日】宫川浩小池馘大辉祜一等
摘要:利用 Lievengood—wu积分进行数值模拟,并结合正丁烷的详细化学动力学模型,探讨了火
花点燃发动机中混合气当量比对爆震的影响。这种方法将节省预测爆震的时间,同时在火花点燃发
动机各种运行工况下都具有良好效果。结果显示稀薄混合气并不总是能抑制发动机爆震,因为爆震
倾向不仅依赖于当量比,同时也取决于未燃混合气的压力和温度随时间的变化。
关键词:火花点燃发动机爆震当量比稀薄燃烧 Livengood—Wu积分
1 1 前言工作气体量实现稀薄化的话,由于伴有缸内压力的
增大,混合气稀薄化和抗爆震性之间的关系并不
要提高往复式内燃机的理论热效率,高压缩比
明确。
化、增大工作气体的热容比以及降低燃烧所需时间
因此,作者等人使用单缸发动机调查了各种燃
的损失(即提高等容度)都是有效的方法。但是,对
料的当量比及工作气体量对爆震的影响。其结果如
以汽油机为代表的火花点燃发动机而言,通过这些
图 2所示,与燃料种类无关,在相同进气压力条件
手段来提高热效率会受到爆震的限制。例如,即使
(≈相同工作气体量,图中虚线)下,如以往所知的那
提高了压缩比,但若为避免爆震把点火时间延迟至
样,在化学计量比附近等容度(抗爆震性)最低,而与
最大扭距的最小点火提前角(MBT)之后,等容度就
随混合气的稀薄化抗爆震性得以提高相反,在相同
会降低,结果也不能提高热效率。因此,要提高火花
燃料量的条件(图中实线)下,抗爆震性最差发生在
点燃发动机的热效率,就要研究抑制爆震的课题。
稀薄混合气侧]。
关于抑制爆震的方法,以往探讨的是通过空气
及低温 EGR气体来稀释混合气的手段]。图 1表
示汽油机中针对当量比的可燃范围和爆震极限压缩
比的关系]。由图 1可知,随着混合气的稀薄化,爆
震受到抑制,极限压缩比提高。尤其在稀薄燃烧时
预计热容比会增加,所以对提高热效率的期望也很神
大。但是,图1的关系是在工作气体量(空气量)一
定的条件下获得的,随着稀薄化的发展,燃油量也减
少,功率也降低。另一方面,如果为确保功率而增加
l-3 l-3
图 2 当量比对爆震的影响
本文通过数值解析从理论上探讨了上述实测当
嫖
量比和抗爆震性的关系。下面首先考察了当量比和
自点火特性的关系,提出了预测爆震的方法,其次叙
述使用这种方法调查抗爆震性的结果。
2 自点火延迟时间
当量比
爆震是由于活塞运动以及已燃部位的膨胀使未
图 1 当量比对压缩比可燃范围的影响燃混合气受到压缩,形成高温高压,从而形成自动点
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2006年第 4期国外内燃机
火。因此,首先通过反应动力学计算调查混合气的
I 1/rI dt一 1 t:自点火时间(1)
温度、压力和浓度对自点火的影响。自动点火特性
是以混合气达到自点火的时间(自动点火延迟时间: 上一节采用的反应动力学计算方法虽能考虑到
r)为指标的。把这里所说的 r定义为在一定压力下每个反应的基本过程,但另一方面,在探讨多个发动
机运转参数的影响时,所需计算量大,因此不能说是