汽油机点火系统溷合气击穿电压的实验研究..docx

汽油机点火系统混合气击穿电压的实验研究来源：《汽车与配件》?发布时间：2012-09-06 分享到:新浪微博 腾讯微博 豆瓣网 开心网 搜狐微博 网易微博 点火线圈是汽油机点火系统中的核心零部件之一，其性能直接影响发动机的各项参数指标。长期以来，国内一直缺乏对点火线圈性能的实车评估手段。研究击穿电压的影响因素，拟定实车不同转速下的极限击穿电压获取方法，对评估点火线圈输出电压是否满足点火系统要求是非常必要的，对点后续火线圈的选型和开发有十分重要的意义。火花点火过程的不同阶段及击穿电压的定义整个火花点火过程分为：预击穿阶段、击穿阶段、电弧放电阶段、电弧到辉光放电的过渡阶段和辉光放电阶段。预击穿阶段可以通过汤森放电理论进行解释，预击穿阶段如图2红色框图所示。当线圈充电结束断开初级回路后，次级感应电动势增大，至火花塞电极之间的电场呈逐渐增加的态势。中心电极(阴极)表面的电子在电场作用下加速并逃逸出来，以最快的速度奔向侧电极(阳极)，形成电流并达到接近饱和的状态。随着电场强度的增加，更多的阴极电子开始飞向阳极，并在电场的作用下获得足够的动能。在飞行路径上，加速的电子和气体原子以一定概率发生碰撞，并产生新的自由电子，自由电子倍增。被撞击后的气体原子由于失去了电子而变成正离子，在电场的作用下飞向阴极撞击出更多的电子(二次电子发射)。当电子数量呈几何倍数增加并达到极限时，原本绝缘的气体被击穿，变成等离子态。击穿阶段如图2蓝色椭圆框图所示。当混合气被击穿时，间隙阻抗迅速下降，电压迅速衰减，电流达到峰值，一个很窄的圆柱状等离子体通道建立起来，电能几乎可以无损失地通过等离子体通道，使它的温度达到60000K，压力上升到几十个MPa，从而产生一个强烈的基波向四周传播，使等离子体的体积迅速膨胀。击穿阶段的时间很短，约10ns。电弧放电阶段紧随击穿阶段。击穿阶段末期形成了电极间的等离子体通道，间隙阻抗迅速下降。因此，此阶段的放电特征是两极总压降很低，只有50~100V。电流强度却很高，大于100mA。随着电流的逐步衰减，放电过程进入到了辉光放电阶段。辉光放电最主要特征是两极压降高，电流强度较小(气体离子化能力变弱)。击穿电压击穿阶段最主要的参数就是击穿电压，它的大小直接决定了点火系统的性能；理论上讲，击穿电压越低对点火越有利，不但可以降低点火线圈的负担(线圈的输出电压无法达到击穿电压，失火频繁发生)，而且防止了火花塞被击穿的风险(击穿电压过高甚至达到火花塞陶瓷体的击穿电压值，火花塞被打穿至点火系统失效)。击穿电压主要和点火缸压、火花塞间隙相关；此模型没有考虑电极几何外形(空气间隙型、半沿面型、沿面型等)、材料和次级电压上升率对击穿电压的影响。以下将给出击穿电压影响因素的试验研究。混合气击穿电压影响因素的试验研究在以上的理论分析中提到，混合气的击穿电压主要和点火正时所对应的缸压和火花塞电极的两极间隙有关；为了验证理论模型的正确性并考核其它因素对击穿电压的影响，对相关影响因素进行了实车验证，试验包括：1.不同负荷(点火正时所对应的缸压)下混合气击穿电压对比试验。2.不同火花塞两极间隙下混合气击穿电压对比试验。3.不同次级电压上升时间混合气击穿电压对比试验。4.不同空燃比下混合气击穿电压对比性试验。试验设备布置本试验在国内批产的某型1.8L轿车上进行。点火线圈采用1×1顶置式线圈，线圈发动机控制器(ECU)驱动接口和电瓶接口通过信号转接器连入匹配用ECU，地线接口通过耐高温线束连接到发动机壳体上。电流探头夹在点火线圈的地线接口和发动机地之间的线束上，并通过信号放大器将处理后的信号输入给示波器；点火线圈输出端通过三通头连接到火花塞接线螺帽上，三通另一端与TEK高压探头相连，测量点火线圈点火过程中点火线圈的输出电压波形；TEK高压探头将电压信号衰减1000倍后输入给示波器信号采集通道；试验过程中，通过示波器观察点火过程中点火线圈输出电压和放电电流随时间的变化。实验结果及分析不同负荷(点火正时所对应的缸压)下混合气击穿电压对比试验发动机负荷影响点火正时所对应的缸压的大小，负荷越大，缸压也越大。本试验采用相对充气量rl代表发动机的负荷大小，相对充气量rl的定义如下：其中P1-当前情况下，进气门关闭时缸内压力；V1-当前情况下，进气门关闭时缸内体积；T1-当前情况下，进气门关闭时缸内温度；T0-标准情况下，进气门关闭时缸内温 度(273K)；P0-标准情况下，进气门关闭时的缸内压力(1013mbar)。试验条件如下：发动机转速选取：2500r/min；相对充气量rl代表发动机的负荷大小，分别选取：20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%；充电时间选取：2ms；观察不同点火正时缸压对混合气击穿电压的影响，试验结果如图3所示。从图4中可以看出，随着负荷rl的增