浅析双火花塞点火系统新技术突出优点

  自2003年初,德国宝马公司在新型R1100S、R1150GS、R1150R、R1150RS和R1150RT等双缸摩托车上都应用了“双火花塞点火”新技术。宝马公司称:这种“双火花塞点火”技术可以进一步改善尾气排放、增强车的稳定性,并且在发动机的大范围运转过程中,使燃烧趋于一致。这次改进是为新的排放标准做准备,包括欧Ⅱ、欧Ⅲ标准,同时,这一技术还使提高发动机的效率成为可能,主要表现在燃料消耗量的减少上。

  一、双火塞点火系统的基本结构

  双火花塞点火系统是在半球形燃烧室两侧对称布置两个同型号火花塞,这两个火花塞与燃烧室中心的距离相等,发动机怠速或低速运行时仍采用单火花塞点火;正常工作后,两个火花塞同时点火,不仅火焰传播距离缩短了一半,而且两个火花塞同时着火爆炸燃烧,急速形成较强烈的涡流,大幅度加快了火焰的传播速度。宝马公司采用这种缩短燃烧室火焰传播距离的方法进行燃烧,也称为“双火花塞点火急速燃烧法”。

  现有摩托车发动机90%以上采用半球型燃烧室、平顶活塞,中央单火花塞燃烧系统。燃烧时,火焰从燃烧室中央火花塞点火,火核一直向燃烧室边缘传播,火焰传播距离较短,可以使缸内迅速燃烧,这种燃烧室面容比最小,缸壁出现淬冷的机会较少,HC排放较低。这种燃烧室无疑是均匀燃烧概念中最成熟可靠的方案,燃烧室的加工也是容易的。但就是因为均匀燃烧的局限,在使用同种燃油时无法达到更高的压缩比,混合气的均匀性也大大影响了燃烧性能,因为事实上,燃烧室是得不到理想的均匀混合气的。这种燃烧系统要求混合气空燃比(A/F)在14.8:1左右,瞬间工况还要低得多,燃油根本无法完全燃烧,热效率较低,排气污染物也多。因此,这种燃烧系统已无法适应新时代的要求。新型双火花塞点火燃烧系统抛弃了均匀燃烧概念,而追求速燃和稀燃,使混合气形成得更合理。 

  二、双火花塞点火的突出优点 

  使用双火花塞点火系统后,有以下突出优点。

  1.根据能量转化的原理,混合气在压缩到上止点时点火,并瞬间燃烧干净,热量利用率最高。采用双火花塞点火后,两个火花塞同时点火使混合气爆炸燃烧,急速形成较强烈的涡流,大幅度加快了火焰的传播速度,同时火焰传播距离缩短1/2,燃烧所用的时间也相应缩短,大幅度提高了热量利用率。

  2.由于燃烧时间缩短,最大扭矩的点火提高角可以显著推迟,因此,点火时,燃烧室混合气的温度和压力都较高,有利于着火和速燃。

  3.混合气在燃烧室内无论在空间和时间上都是不均匀的,因此存在电火花点火的着火概率问题,而两个火花塞同时点火,可使着火概率提高一倍。在稀燃发动机中,利用双火花塞的高能点火也是有利的。

  4.可实现稳定燃烧。

  上述的四个优点带来的结果,会使发动机的油耗和排放大幅度地降低。

  三、双火花塞与排气再循环戒烟点火 

  近年来,随着环保法规的日益加严,以及石油资源紧缺的日益突出,节约能源、降低排放已成为全世界关注的焦点。始终领导世界科技新潮流的宝马公司,率先将双火花塞点火新技术与排气再循环联姻应用到宝马系列摩托车上。

  当活塞1上升上止点,将新鲜可燃混合气压缩至终点后,两个火花塞同时点火,使混合气急速爆炸燃烧,推动活塞下行做功,待排气门打开后,一小部分高温高压排放废气从排气管上的开口高速流入排气再循环控制阀,排气再循环控制阀根据摩托车行驶速度、负荷等不同的工况,控制废气排放率,即控制废气引入量,然后通过进气管上的开口进入汽缸,人为地将一小部分排放废气引入燃烧室。

  采用排气再循环装置原本就是当今世界上降低废气排放的有效措施之一,特别有利于大幅度减少很难处理的NOX的排放量,而双火花塞点火新技术与排气再循环(EGR)联姻后,不但NOX排放量可大幅度降低(40%-70%),而且更有利于节油。因为它可以减少节流损失,可以降低燃烧温度而减少冷却损失,可以使参与燃烧过程的气体数量增加,使工况质量组成发生变化,改变工况质量的绝热指数,使热效率提高。双火花塞点火,不仅增进排气再循环的节油作用,同时,还加快燃烧速度,缩短燃烧时间,提高等容度。因此,使用双火花塞点火新技术后可使废气再循环率大幅度提高15%-20%,在燃烧稀混合气的情况下,实现大幅度节油。试验结果表明,把点火时刻调节到最佳扭矩,最小点火提前角,最低NO2排放量时,双火花塞点火与常规发动机比较,比油耗可大幅度降低10%以上。 

  其初级低压电路由蓄电池、点火开关和两个点火线圈组成。两个点火线圈的次级高压线分别接分电器的两个输入端。该分电器与一般分电器不同,具有一个凸轮轴和两套触点。控制电器的作用是当车子挂挡而车速低于40km/h,进气管真空度达到某规定值时,根据变速器开关和真空开关送来的信号,断开废气再循环控制阀电源,停止废气再循环,防止低速、低负荷行驶时继续引入排放废气,使燃烧恶化;与此同时断开排气门一侧火花塞点火线圈的低压电源,使该火花塞停止点火(低速低负荷运行时,排气再循环系统不工作,浓混合气容易着火燃烧,为防止爆燃和节省电能,必须关闭),这时发动机变为一个火花塞点火运行。 

  当车子正常行驶,车速高于40km/h时,根据变速器开关和真空开关送来的信号,接通废气再循环控制阀电源,使系统重新工作;同时接通排气门一侧火花塞点火线圈的低压电源,两个火花塞同时工作。(来源:中国摩托车迷网)