自2003年初,德國(guó)寶馬公司在新型R1100S、R1150GS、R1150R、R1150RS和R1150RT等雙缸摩托車上都應(yīng)用了“雙火花塞點(diǎn)火”新技術(shù)。寶馬公司稱:這種“雙火花塞點(diǎn)火”技術(shù)可以進(jìn)一步改善尾氣排放、增強(qiáng)車的穩(wěn)定性,并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的大范圍運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,使燃燒趨于一致。這次改進(jìn)是為新的排放標(biāo)準(zhǔn)做準(zhǔn)備,包括歐Ⅱ、歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),這一技術(shù)還使提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率成為可能,主要表現(xiàn)在燃料消耗量的減少上。
一、雙火塞點(diǎn)火系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)是在半球形燃燒室兩側(cè)對(duì)稱布置兩個(gè)同型號(hào)火花塞,這兩個(gè)火花塞與燃燒室中心的距離相等,發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或低速運(yùn)行時(shí)仍采用單火花塞點(diǎn)火;正常工作后,兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火,不僅火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短了一半,而且兩個(gè)火花塞同時(shí)著火爆炸燃燒,急速形成較強(qiáng)烈的渦流,大幅度加快了火焰的傳播速度。寶馬公司采用這種縮短燃燒室火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x的方法進(jìn)行燃燒,也稱為“雙火花塞點(diǎn)火急速燃燒法”。
現(xiàn)有摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)90%以上采用半球型燃燒室、平頂活塞,中央單火花塞燃燒系統(tǒng)。燃燒時(shí),火焰從燃燒室中央火花塞點(diǎn)火,火核一直向燃燒室邊緣傳播,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短,可以使缸內(nèi)迅速燃燒,這種燃燒室面容比最小,缸壁出現(xiàn)淬冷的機(jī)會(huì)較少,HC排放較低。這種燃燒室無(wú)疑是均勻燃燒概念中最成熟可靠的方案,燃燒室的加工也是容易的。但就是因?yàn)榫鶆蛉紵木窒蓿谑褂猛N燃油時(shí)無(wú)法達(dá)到更高的壓縮比,混合氣的均勻性也大大影響了燃燒性能,因?yàn)槭聦?shí)上,燃燒室是得不到理想的均勻混合氣的。這種燃燒系統(tǒng)要求混合氣空燃比(A/F)在14.8:1左右,瞬間工況還要低得多,燃油根本無(wú)法完全燃燒,熱效率較低,排氣污染物也多。因此,這種燃燒系統(tǒng)已無(wú)法適應(yīng)新時(shí)代的要求。新型雙火花塞點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)拋棄了均勻燃燒概念,而追求速燃和稀燃,使混合氣形成得更合理。
二、雙火花塞點(diǎn)火的突出優(yōu)點(diǎn)
使用雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)后,有以下突出優(yōu)點(diǎn)。
1.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的原理,混合氣在壓縮到上止點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火,并瞬間燃燒干凈,熱量利用率最高。采用雙火花塞點(diǎn)火后,兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火使混合氣爆炸燃燒,急速形成較強(qiáng)烈的渦流,大幅度加快了火焰的傳播速度,同時(shí)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1/2,燃燒所用的時(shí)間也相應(yīng)縮短,大幅度提高了熱量利用率。
2.由于燃燒時(shí)間縮短,最大扭矩的點(diǎn)火提高角可以顯著推遲,因此,點(diǎn)火時(shí),燃燒室混合氣的溫度和壓力都較高,有利于著火和速燃。
3.混合氣在燃燒室內(nèi)無(wú)論在空間和時(shí)間上都是不均勻的,因此存在電火花點(diǎn)火的著火概率問(wèn)題,而兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火,可使著火概率提高一倍。在稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)中,利用雙火花塞的高能點(diǎn)火也是有利的。
4.可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。
上述的四個(gè)優(yōu)點(diǎn)帶來(lái)的結(jié)果,會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排放大幅度地降低。
三、雙火花塞與排氣再循環(huán)戒煙點(diǎn)火
近年來(lái),隨著環(huán)保法規(guī)的日益加嚴(yán),以及石油資源緊缺的日益突出,節(jié)約能源、降低排放已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。始終領(lǐng)導(dǎo)世界科技新潮流的寶馬公司,率先將雙火花塞點(diǎn)火新技術(shù)與排氣再循環(huán)聯(lián)姻應(yīng)用到寶馬系列摩托車上。
當(dāng)活塞1上升上止點(diǎn),將新鮮可燃混合氣壓縮至終點(diǎn)后,兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火,使混合氣急速爆炸燃燒,推動(dòng)活塞下行做功,待排氣門打開(kāi)后,一小部分高溫高壓排放廢氣從排氣管上的開(kāi)口高速流入排氣再循環(huán)控制閥,排氣再循環(huán)控制閥根據(jù)摩托車行駛速度、負(fù)荷等不同的工況,控制廢氣排放率,即控制廢氣引入量,然后通過(guò)進(jìn)氣管上的開(kāi)口進(jìn)入汽缸,人為地將一小部分排放廢氣引入燃燒室。
采用排氣再循環(huán)裝置原本就是當(dāng)今世界上降低廢氣排放的有效措施之一,特別有利于大幅度減少很難處理的NOX的排放量,而雙火花塞點(diǎn)火新技術(shù)與排氣再循環(huán)(EGR)聯(lián)姻后,不但NOX排放量可大幅度降低(40%-70%),而且更有利于節(jié)油。因?yàn)樗梢詼p少節(jié)流損失,可以降低燃燒溫度而減少冷卻損失,可以使參與燃燒過(guò)程的氣體數(shù)量增加,使工況質(zhì)量組成發(fā)生變化,改變工況質(zhì)量的絕熱指數(shù),使熱效率提高。雙火花塞點(diǎn)火,不僅增進(jìn)排氣再循環(huán)的節(jié)油作用,同時(shí),還加快燃燒速度,縮短燃燒時(shí)間,提高等容度。因此,使用雙火花塞點(diǎn)火新技術(shù)后可使廢氣再循環(huán)率大幅度提高15%-20%,在燃燒稀混合氣的情況下,實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)油。試驗(yàn)結(jié)果表明,把點(diǎn)火時(shí)刻調(diào)節(jié)到最佳扭矩,最小點(diǎn)火提前角,最低NO2排放量時(shí),雙火花塞點(diǎn)火與常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)比較,比油耗可大幅度降低10%以上。
其初級(jí)低壓電路由蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)和兩個(gè)點(diǎn)火線圈組成。兩個(gè)點(diǎn)火線圈的次級(jí)高壓線分別接分電器的兩個(gè)輸入端。該分電器與一般分電器不同,具有一個(gè)凸輪軸和兩套觸點(diǎn)。控制電器的作用是當(dāng)車子掛擋而車速低于40km/h,進(jìn)氣管真空度達(dá)到某規(guī)定值時(shí),根據(jù)變速器開(kāi)關(guān)和真空開(kāi)關(guān)送來(lái)的信號(hào),斷開(kāi)廢氣再循環(huán)控制閥電源,停止廢氣再循環(huán),防止低速、低負(fù)荷行駛時(shí)繼續(xù)引入排放廢氣,使燃燒惡化;與此同時(shí)斷開(kāi)排氣門一側(cè)火花塞點(diǎn)火線圈的低壓電源,使該火花塞停止點(diǎn)火(低速低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),排氣再循環(huán)系統(tǒng)不工作,濃混合氣容易著火燃燒,為防止爆燃和節(jié)省電能,必須關(guān)閉),這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)橐粋€(gè)火花塞點(diǎn)火運(yùn)行。 當(dāng)車子正常行駛,車速高于40km/h時(shí),根據(jù)變速器開(kāi)關(guān)和真空開(kāi)關(guān)送來(lái)的信號(hào),接通廢氣再循環(huán)控制閥電源,使系統(tǒng)重新工作;同時(shí)接通排氣門一側(cè)火花塞點(diǎn)火線圈的低壓電源,兩個(gè)火花塞同時(shí)工作。