朱呈祥 楊日炯

（廈門大學(xué)航空航天學(xué)院 福建 廈門 361005）

引言

隨著我國(guó)低空空域的逐步開放，通用航空作為一項(xiàng)極具吸引力與發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)，已得到越來越多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，質(zhì)量輕、體積小、功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)性好的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)將擁有巨大的市場(chǎng)需求。然而，國(guó)內(nèi)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)起步較晚，在可靠性、產(chǎn)品類型、數(shù)控系統(tǒng)等方面仍有不少關(guān)鍵技術(shù)問題需要攻克。在航空燃料的單一化發(fā)展趨勢(shì)下，重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)將是未來活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要發(fā)展方向。本文著重分析了重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)燃燒關(guān)鍵技術(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火技術(shù)、燃料噴射霧化技術(shù)以及燃燒技術(shù)等，總結(jié)了重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火技術(shù)

根據(jù)燃料著火方式的不同，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要分為點(diǎn)燃式與壓燃式兩類。點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)可等價(jià)為等容加熱循環(huán)（Otto循環(huán)），壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)則可等價(jià)為等壓加熱循環(huán)（Diesel循環(huán)）。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然也會(huì)面臨冷啟動(dòng)的問題，但利用一般的電熱塞技術(shù)就可以很好地解決。所以，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火技術(shù)問題主要體現(xiàn)在利用火花塞點(diǎn)火的點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上。目前，點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)點(diǎn)火技術(shù)主要有雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)和高能點(diǎn)火技術(shù)等。

1.1 雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)

點(diǎn)燃式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由單火花塞技術(shù)向雙火花塞技術(shù)的發(fā)展升級(jí)，不僅很好地保證了點(diǎn)火的可靠性，同時(shí)還有效地提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的高空性能。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)雙火花塞技術(shù)的研究與應(yīng)用已相對(duì)成熟。

Hillyer等人[1]以福特PROCO車用發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象。研究結(jié)果表明，使用分層充氣技術(shù)與雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在稀混合氣和高EGR的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，并且還能在一定程度上減少CO、HC等污染物的排放量。

自2003年開始，德國(guó)寶馬公司在新型R110S、R1150GS、R1150R、R1150RS和 R1150RT 等雙缸摩托車上應(yīng)用雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)，進(jìn)一步改善了尾氣排放質(zhì)量，提高了燃燒穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較好的燃燒放熱一致性[2]。

重慶大學(xué)的黃琪[3]等人基于車用汽油機(jī)雙火花塞點(diǎn)火研究設(shè)計(jì)了一種能適應(yīng)多工況的三段式速燃VVT系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同工況下的配氣定時(shí)優(yōu)化，并且雙火花塞能夠根據(jù)工況條件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)火、同相點(diǎn)火或異相點(diǎn)火。研究結(jié)果表明，雙火花塞點(diǎn)火有助于加速燃燒，在明顯燃燒期（發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)從火焰中心形成到火焰?zhèn)鞑ブ寥紵┒说倪^程）內(nèi)雙火花塞點(diǎn)火燃燒鋒面（預(yù)混氣體的反應(yīng)區(qū)）、燃燒體積等指標(biāo)均優(yōu)于單火花塞點(diǎn)火；而且雙火花塞點(diǎn)火溫度升高較快、最高溫度也大于單火花塞點(diǎn)火。

裝甲兵技術(shù)學(xué)院的陳明飛等人[4]在一臺(tái)四沖程車用發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的單、雙火花塞性能對(duì)比試驗(yàn)表明，采用雙火花塞技術(shù)，不但可以通過雙火花塞同時(shí)點(diǎn)火來提高發(fā)動(dòng)機(jī)著火概率，保證發(fā)動(dòng)機(jī)著火的可靠性，還提高了循環(huán)的等容度和循環(huán)熱效率，降低了散熱損失，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。

天津內(nèi)燃機(jī)研究所的閻希成等人[5]對(duì)一臺(tái)采用電控燃油噴射技術(shù)的國(guó)產(chǎn)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)上的點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了雙火花塞點(diǎn)火，并研究了摩托車在ECER40排放循環(huán)下的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放特征。研究結(jié)果表明，雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)配合點(diǎn)火提前角優(yōu)化，可明顯降低摩托車啟動(dòng)初期的HC、CO排放，但NOx排放略有上升。

雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)盡管在車用汽油機(jī)和摩托車用汽油機(jī)上應(yīng)用不多，但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用已比較成熟。航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)已有將近四十年的歷史，其中，ROTAX系列高空汽油機(jī)是應(yīng)用雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)成功的典范。該系列發(fā)動(dòng)機(jī)采用具有噪聲抑制功能的雙火花塞無(wú)觸點(diǎn)電容式點(diǎn)火系統(tǒng)，怠速時(shí)2個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火，目的是加快發(fā)動(dòng)機(jī)在高空運(yùn)行時(shí)的缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提升高空汽油機(jī)的高空動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。該系列發(fā)動(dòng)機(jī)已逐步應(yīng)用到“捕食者”、“猛禽”、“彩虹”等系列無(wú)人機(jī)上[6]。

1.2 高能點(diǎn)火技術(shù)

一般情況下，點(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)儲(chǔ)能級(jí)達(dá)到100 mJ左右即可定義為高能點(diǎn)火。相對(duì)于傳統(tǒng)點(diǎn)火技術(shù)，高能點(diǎn)火技術(shù)提高了點(diǎn)火能量，從而提高了燃燒的速率與效率，擴(kuò)大了空燃比，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)超稀混合氣燃燒，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及降低排氣污染物的目的。車用汽油機(jī)的高能點(diǎn)火技術(shù)在世界先進(jìn)國(guó)家已應(yīng)用多年，現(xiàn)已發(fā)展到用微機(jī)控制點(diǎn)火,部分已采用直接點(diǎn)火系統(tǒng)。壽命長(zhǎng)、工作可靠且不需周期性維護(hù)保養(yǎng)的全晶體管高能電子點(diǎn)火系統(tǒng),20世紀(jì)70年代即在美國(guó)、日本、蘇聯(lián)等國(guó)家使用。例如,美國(guó)克萊斯勒公司在1971年開始使用全晶體管電子點(diǎn)火系統(tǒng),并在1972年推廣應(yīng)用于克萊斯勒的許多型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上，使這一新的科研成果很快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,形成產(chǎn)業(yè)化。但我國(guó)的高能點(diǎn)火技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度和普及率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家[7]。

雖然國(guó)內(nèi)高能點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用還相對(duì)較少，但對(duì)高能點(diǎn)火技術(shù)的研究已有一定成果。

天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所的劉建等人[8]針對(duì)摩托車單缸汽油機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)了高能點(diǎn)火裝置。試驗(yàn)證明,大幅度提高點(diǎn)火能量,有利于火核的形成，從而可以拓寬混合氣的燃燒極限。強(qiáng)大的點(diǎn)火能量,可以保證火核生長(zhǎng)快,不失火,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排氣污染。

天津大學(xué)的劉迎澍等人[9]將高能點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用到CG125汽油機(jī)上進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)以后，不僅降低了油耗，還在一定程度上提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩，而且這種優(yōu)勢(shì)在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都比較明顯，特別是在低速區(qū)油耗降低更加明顯。

南京航空航天大學(xué)的吳恩會(huì)等人[10]把RCC變換器應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的直流高能點(diǎn)火系統(tǒng)中，保證了航空發(fā)動(dòng)機(jī)直流高能點(diǎn)火可靠工作。

天津大學(xué)的邊靖洲等人[11]針對(duì)目前高能點(diǎn)火器主要使用振子式與晶體管式的設(shè)計(jì)方式存在可靠性和工作壽命受限制的問題，設(shè)計(jì)了一種基于脈寬調(diào)制原理的集成電路式新型穩(wěn)頻直流高能點(diǎn)火器，不僅使航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器實(shí)現(xiàn)了從模擬電路到數(shù)字電路的轉(zhuǎn)變，還解決了航空點(diǎn)火器頻率不穩(wěn)的問題，并開發(fā)出了一種更為安全可靠的放電電路，有效地提高了航空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器的可靠性和使用壽命。

2 噴射霧化技術(shù)

在汽油機(jī)中使用的燃油噴射方式主要有：低壓進(jìn)氣歧管噴射、低壓半直接噴射、高壓缸內(nèi)直接噴射、壓縮空氣輔助噴射等。其中，低壓半直接噴射、高壓缸內(nèi)直接噴射與壓縮空氣輔助直噴技術(shù)目前在國(guó)外的應(yīng)用比較成熟。

2.1 低壓半直接噴射

低壓半直接噴射技術(shù)是奧地利AVL公司的Laimbock等人[12-13]提出的一種將噴油器布置在掃氣口的噴射技術(shù)。根據(jù)噴油器的不同噴射位置及方向提出4種噴射方案，在各方案中對(duì)掃氣口的高度進(jìn)行調(diào)整，使噴油器所在掃氣口先于其他掃氣口開啟。將噴油器布置在掃氣口，可以利用掃氣氣流加速噴油嘴的冷卻，防止積碳的產(chǎn)生。試驗(yàn)表明，半直接噴射系統(tǒng)通過合理優(yōu)化噴油，可有效減少二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣損失，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

吉林工業(yè)大學(xué)的羅滇生等人[14]研制了一套適用于二沖程汽油機(jī)的電控半直接噴射系統(tǒng)。試驗(yàn)表明，噴油時(shí)刻對(duì)于降低燃油消耗率有很大影響，小負(fù)荷時(shí)必須對(duì)噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制；采用電控低壓半直接噴射系統(tǒng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷時(shí)的燃油消耗率下降明顯，功率與轉(zhuǎn)矩稍有增加。

2.2 高壓缸內(nèi)直噴技術(shù)

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)的工作原理與高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)相類似，但活塞發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的油軌壓力遠(yuǎn)低于高壓共軌系統(tǒng)。缸內(nèi)直噴技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油的精確控制，并能通過提升壓力來實(shí)現(xiàn)燃油霧化質(zhì)量的提高，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，大幅改善燃油經(jīng)濟(jì)性。重油的揮發(fā)性差，缸內(nèi)直接噴射有利于重油燃料的噴射霧化；重油的辛烷值低，使用缸內(nèi)直噴技術(shù)，可以通過控制噴油提前角來實(shí)現(xiàn)對(duì)爆震的控制[15]。

高壓旋流噴射是高壓直噴技術(shù)中的典型代表，在高壓旋流噴射系統(tǒng)（如圖1所示）中，受到高壓作用的燃油通過切向入口進(jìn)入噴嘴內(nèi)部旋流腔，從而產(chǎn)生渦流，渦流使空氣與噴霧的相互作用增強(qiáng)，并且使燃油的霧化蒸發(fā)速率加快。燃油由于離心力的作用積聚在旋流腔的壁面上，從而產(chǎn)生氣液分離，氣體在噴孔中心形成空氣卷吸現(xiàn)象，液體則以液膜形式緊貼噴孔壁面噴出。同時(shí)，切向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量限制了噴霧的貫穿距離，減少了濕壁現(xiàn)象的發(fā)生[16]。受結(jié)構(gòu)限制，結(jié)構(gòu)緊湊的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)很難布置高壓共軌系統(tǒng)。

Heimberg[17]在1993年提出了一種新型無(wú)需高壓油泵的FICHT壓力沖擊噴射系統(tǒng)（FICHT pressure surge injection system）。該系統(tǒng)主要利用低壓油泵產(chǎn)生的流體動(dòng)能，通過控制噴油器內(nèi)撞針使燃油在噴嘴處突然減速，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫⑷加蛧姵觥?/p>

加拿大Bombardier公司的Strauss[18]于2003年對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，開發(fā)出了噴射壓力更高的ETEC噴油系統(tǒng)，采用外開式旋流噴嘴，使燃油粒徑的分布更加均勻，針閥升程進(jìn)一步減小，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油量的精確控制。與FICHT噴油器相比，該系統(tǒng)噴霧的索特平均直徑SMD及DV90分別降低了38%和50%。

圖1 高壓直噴系統(tǒng)的旋流式噴油器結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 壓縮空氣輔助直噴技術(shù)

20世紀(jì)90年代，以澳大利亞Orbital公司為代表的多家研究機(jī)構(gòu)先后提出了低壓空氣輔助噴射系統(tǒng)，為二沖程缸內(nèi)直噴技術(shù)帶來了革命性的發(fā)展[19-21]。該系統(tǒng)的主要特征是噴油器上部的燃油噴嘴將燃油以一定壓力輸送到下部的儲(chǔ)氣腔中，充分利用燃油與壓縮空氣的相互作用進(jìn)行預(yù)混，然后將油氣混合物直接噴入燃燒室中。由燃油噴嘴實(shí)現(xiàn)燃油的計(jì)量，由混合氣噴嘴執(zhí)行噴油，二者相互獨(dú)立。因此，可以通過調(diào)節(jié)燃油噴嘴與混合氣噴嘴開啟的時(shí)間差來控制燃油和壓縮空氣的混合時(shí)間，從而提高混合氣質(zhì)量。該類預(yù)摻混系統(tǒng)的噴霧特性對(duì)缸內(nèi)壓力十分敏感，壓力的高低直接決定最終的噴霧角及燃油液滴直徑。壓縮空氣輔助直噴技術(shù)對(duì)燃油的適應(yīng)性較強(qiáng)，粘度較大的重油燃料仍可以保證良好的霧化效果。試驗(yàn)中，煤油霧化粒徑可達(dá)到5～12μm。

2.4 電控燃油噴射技術(shù)

按照驅(qū)動(dòng)方式的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的供油方式可以分為機(jī)械噴射系統(tǒng)和電控燃油噴射系統(tǒng)。目前，電控燃油噴射系統(tǒng)在大排量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用已比較成熟。其中典型的系統(tǒng)有澳大利亞Orbital公司的AADI（airassistantdirect injection）空氣輔助噴射系統(tǒng)、美國(guó)NWUAV公司的基于MEMS微機(jī)電技術(shù)的噴射系統(tǒng)、美國(guó)JM Harwood公司的DFI微型高壓直噴系統(tǒng)以及北京航空航天大學(xué)提出的MFVI（multiple fixed-volume injection）小尺度微量多次噴射系統(tǒng)等，小尺度微量多次噴射系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示[22]。電控燃油噴射技術(shù)的創(chuàng)新較多，可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)較多。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的電控化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于汽車，可借鑒發(fā)展相對(duì)較成熟的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控高壓共軌技術(shù)，開發(fā)出適用于航空重油發(fā)動(dòng)機(jī)的電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，利用高壓共軌系統(tǒng)的高壓噴射及其靈活的控制能力，改善重油燃料的霧化和燃燒。

圖2 小尺度微量多次噴射系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖

3 燃燒技術(shù)

燃燒技術(shù)是決定燃油效率的關(guān)鍵因素。

南京航空航天大學(xué)的高巖飛等人[23]以某空氣輔助噴嘴進(jìn)口樣件為研究對(duì)象，通過數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)方法對(duì)其噴霧特性開展研究。研究結(jié)果表明，隨著噴油脈寬的增大以及燃油壓力的提高，燃油的質(zhì)量流量也相應(yīng)增加。

北京交通大學(xué)的莫?jiǎng)兮x等人[24]分析了定容燃燒彈中柴油和煤油混合氣預(yù)混層流點(diǎn)火特性。結(jié)果表明，柴油和煤油的最小點(diǎn)火能量隨初始?jí)毫Φ脑黾佣龃?。在同一初始?jí)毫ο拢裼退璧淖钚↑c(diǎn)火能量大于煤油。

石允等人[25]以HS-700小型航空二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)建立了發(fā)動(dòng)機(jī)模型，分別從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴油參數(shù)和進(jìn)氣參數(shù)等3個(gè)方面就不同燃油噴射方式對(duì)重油混合氣的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，5掃氣口更適合缸內(nèi)半直接噴射，雙掃氣口更適合缸內(nèi)直接噴射，楔形燃燒室更適合缸內(nèi)半直接噴射，球形燃燒室更適合缸內(nèi)直接噴射。

李長(zhǎng)勝等人[26]以TKDI600發(fā)動(dòng)機(jī)為原型機(jī)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣及燃燒過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，燃油撞壁主要受燃燒室形狀和燃油噴射角度影響，渦流比的增大有利于混合氣的均勻性，噴油角度為50°時(shí)沒有燃油撞壁現(xiàn)象。噴油提前角越大，缸內(nèi)渦流衰弱越早，同一轉(zhuǎn)角的渦流比越小。

天津內(nèi)燃機(jī)研究所的胡春明等人[27]基于一臺(tái)4缸對(duì)置水冷航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自主研制了單缸低壓直噴全透明光學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)，并利用高速攝影技術(shù)對(duì)缸內(nèi)混合氣的形成進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，偏心碗型活塞頂面（如圖3所示）能有效引導(dǎo)燃油噴霧向燃燒室頂部卷吸，從而使燃油液滴聚集在雙側(cè)火花塞附近。

圖3 平頂淺凹坑活塞結(jié)構(gòu)與偏心碗活塞結(jié)構(gòu)示意圖

胡春明等人[28]在ROTAX914化油器式活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了一臺(tái)航空低壓空氣輔助直噴單缸試驗(yàn)機(jī)，分析了不同噴射開始時(shí)刻、點(diǎn)火提前角、過量空氣系數(shù)對(duì)重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響，對(duì)比了航空煤油與汽油在混合氣形成、滯燃期、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、抗爆性等方面的差異[29]。結(jié)果表明，航空煤油比汽油更適合在燃油摩爾分?jǐn)?shù)較大的混合氣下燃燒，在過量空氣系數(shù)為0.80～0.85的范圍內(nèi)，航空煤油的滯燃期最短，燃燒循環(huán)變動(dòng)率最小。試驗(yàn)結(jié)果還顯示，存在一個(gè)能保證發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率最高、循環(huán)變動(dòng)最低的最佳噴射時(shí)刻。降低噴射脈寬和噴射壓力均會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)最大爆發(fā)壓力和壓力升高率降低，快速燃燒期延長(zhǎng)，循環(huán)變動(dòng)增加。

胡春明等人[30]針對(duì)航空活塞式直噴發(fā)動(dòng)機(jī)中瞬態(tài)空燃比難以精確控制的問題，采用PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況的空燃比進(jìn)行控制。結(jié)果表明，相比于PID控制，PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制下的過量空氣系數(shù)超調(diào)量可減少25%左右，節(jié)氣門開度在5%～30%之間以不同速率變化時(shí)，PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)良好的控制效果。

南京航空航天大學(xué)的貝太學(xué)等人[31]為研究異步點(diǎn)火相位對(duì)二沖程航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)燃用煤油時(shí)的爆震影響，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的計(jì)算模型，研究了異步點(diǎn)火相位對(duì)火焰面密度分布、爆震強(qiáng)度的影響，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，隨著雙火花塞異步點(diǎn)火相位差的增大，缸內(nèi)平均壓力、放熱率及累積放熱量均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，2個(gè)火花塞附近的湍動(dòng)能增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，火焰發(fā)展期縮短，爆震強(qiáng)度表征物的濃度逐步減小。

沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所的趙明龍等人[32]通過單頭部、扇形和全環(huán)燃燒室試驗(yàn)件的點(diǎn)火性能試驗(yàn)，對(duì)比了3種試驗(yàn)件貧油點(diǎn)火邊界的關(guān)聯(lián)與差異。結(jié)果顯示，在相同的進(jìn)口條件下，全環(huán)試驗(yàn)件的貧油點(diǎn)火油氣比明顯低于單頭部和扇形。這主要是因?yàn)閭?cè)壁會(huì)影響試驗(yàn)件氣動(dòng)熱（高溫氣體與側(cè)壁存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成的傳熱）和燃油液滴分布，并且不同類型的試驗(yàn)件之間存在點(diǎn)火過程差異。

4 結(jié)論

本文分析了重油活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)燃燒關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)，得出以下結(jié)論：

1）高能點(diǎn)火技術(shù)由于可靠性及成本問題，目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較少。雙火花塞點(diǎn)火經(jīng)過不斷的技術(shù)升級(jí)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用已較為成熟。

2）以更優(yōu)的燃油霧化效果為目標(biāo)，燃油噴射技術(shù)從高壓直噴到低壓直噴，再到半直噴，在持續(xù)革新，霧化技術(shù)的新突破將是未來活塞發(fā)動(dòng)機(jī)重點(diǎn)解決的問題。

3）燃燒效率與燃油經(jīng)濟(jì)性由燃燒的有效組織性直接決定，這不僅與點(diǎn)火技術(shù)和霧化技術(shù)相關(guān)，也與進(jìn)氣量、混合氣形式、氣動(dòng)型面等有直接關(guān)聯(lián)，值得深入研究。

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