稀燃发动机

发动机稀薄燃烧技术主要有两个优点，一是混合气体中过量的空气能够降低燃烧过程温度，减少NOx排放；二是混合气体含氧量高，燃烧充分，输出功率更高。然而，理想的稀燃发动机需要准确的燃料流量、点火时间及空燃比控制来避免发动机爆震。提出了采用电子控制技术的“全权”控制系统。

稀燃发动机的空燃比大于按照化学计量式计算出来的空燃比，定义两者的比值为k。研究表明，随着k值的增大，NOx的排放先增加，k值在1.1处达到峰值，随后急剧减少；此外，NOx的排放值还会随着燃烧温度和点火提前角的增加逐渐增加。

综合考虑空燃比、点火提前角和进气歧管温度，发动机只在很小的工作范围内才能避免爆震。为此，选用了诸多执行器和传感器搭建了试验台架，利用“全权”控制系统实时控制并观测相关变量，如空燃比、点火提前角、发动机温度、压力、负荷、废气温度和NOx排放等。

保持发动机转速不变，试验输入参数有k值、点火提前角和进气歧管温度，分别单独改变这3个变量值并观测发动机是否发生爆震现象。试验结果表明：①随着k值的增大，废气温度逐渐降低，发动机逐渐远离爆震区域；②点火提前角的增大对废气温度的降低起到一定的促进效果，但过大的点火提前角使得发动机产生爆震，因此应优先考虑避免爆震，点火提前角应当小于32°；③进气歧管温度的升高对废气温度无明显影响，且发动机出现爆震，其值应当控制在83℃以下；④对于废气排放，NOx随k值的变化与理论相仿，呈反向关系。

综上，选择较大的k值、合适的点火提前角、较低的进气歧管温度能够在保证发动机效率的前提下减少NOx排放，同时远离爆震区域。

Marcio Perin et al. SAE 2013-36-0402.

编译：张为荣