现代奥托发动机最新火花塞设计(4)

　　发动机技术杂志2007年2月 年集68

　　6 测量技术

　　发动机专用火花塞的开发要求汽车制造商与火花塞制造商之间密切合作。其前提条件亦包括能取得以下数据：

　　– 合适的火花塞热值

　　– 电极温度

　　– 点火所需电压

　　– 提供点火电压。

　　另外，火花塞的低温起动性能也必须经过检验。此专门测量技术是由BERU 公司开发，并且提供为行动应用系统。

　　6.1 热值

　　热值 (WW) 是表示火花塞热承载能力的特性参数。它与热量的接受和排出比例有关，并且由参照物的比较测量来确定热值。火花塞热设计的目标是考虑了电极的各种温度，在良好的低温起动和足够的安全避免发动机炽热点火之间达成最佳折衷方案。

　　以离子流测量技术可以检测获取点火并且精准确定热值。

　　6.2 电极温度

　　测量中心电极和接地电极的温度有助于保护电极使用的寿命，因为电极随温度升高而加剧烧损。因此，在行动测量时要为火花塞配备热电偶。固定的比较测量时，则可使用一台具备光学接口、能进行高温测量的专用发动机 (图10)。

　　6.3 点火所需电压

　　选择火花塞电极距 (EA) 必须如下：有充足的点火电压储备(小电极距)，即使火花塞使用寿命即将终结，仍可保证混合气可靠点火 (大电极距)。借助测量点火所需电压和提供点火电压可对点火电压储备进行检验。对运行时间已经达到终结的火花塞，这种测量如在汽车里进行则更有意义，因为这样才最能展现对点火所需电压临界动态的行驶状况。

　　BERU 公司的行动测量技术允许同时对最多八个汽缸点火所需电压和提供点火电压作选择性测量，

　　并且获得取整个时段内的高压值以及由最小值和最大值得来的包络线。而且，还提供有关各个高压等级频率分布的信息。

　　6.4 低温起动试验

　　检验火花塞低温起动性能是按照规定，在辊式试验台上的汽车中进行循环试验。循环试验是在直至-20 °C 的环境温度和冷却水温度下进行多次起动，并且随即在发动机低负荷下行驶。

　　计值标准为能够起动的次数或者由于旁路引起点火失败的次数，也就是，由于不完全燃烧在绝缘体裙部的燃料沉积或积炭引起的接地次数。

　　7 试验的技术条件

　　进行上述试验必须具备有如 BERU 股份公司在 F+E 研发中心装配辊式试验台的制冷室 (图11)。其主要数据如下:

　　制冷室

　　– 驶入高度: 3.50 m，长度: 14 m，宽度: 5.50 m

　　– 温度范围：-40 °C 至 +30 °C

　　辊式试验台

　　– 结构形式：直径为 48 英寸的双轴辊式试验台

　　– 额定功率：每轴 195 kW (连续运行)

　　– 最高速度：每小时 250 km

　　– 轨距：914 mm 至 2743 mm

　　– 轮距：2100 mm 至 4700 mm

　　– 轴负荷：每轴 3500 kg

　　8 结语与展望

　　本文以 M12 火花塞为例，说明了奥托发动机改变燃烧方法后所产生的效果。

　　小型化的结构形式要求优化陶瓷绝缘体和机械结构。精确的火花位置和接地电极的定位，能通过工艺过程和新的加工方法得以改进。而对高使用寿命的期待则可由贵金属方案来实现。若要在短期内优化火花塞的设计，还必须拥有测量工具和经验。

　　本文开始所述的现代趋向仍在继续发展：不断升高的增压度，更高的功率因数以及气缸盖内变窄的位置情况，这一切迫使火花塞必须走向更小型的发展。M10 火花塞即为第一个已摆在眼前的项目，正对BERU 公司的工程师提出挑战。

图10：在具备光学接口的专用发动机对四极滑闪放电火花塞进行高温测量

图11：装有双轴辊式试验台的BERU 新制冷室

　　参考文献

　　[1] Alt, M.; Schaffner, P.; Rothenberge, P.: Effizienzsteigerung des Ottomotors durch Technologiekombinationen. 15. Aachener Motorenkolloquium 2006

　　[2] Warnecke, V.; Achleitner, E.; Bäcker, H.: Entwicklungsstand des Siemens-VDO-Piezo-Einspritzsystems für strahlgeführte Brennverfahren. 27. Internationales Wiener Motorensymposium, 2006

　　[3] Welter, A.; Unger, H.; Hoyer, U.; Brüner, T.; Kiefer, W.: Der neue aufgeladene BMW-Reihensechszylinder-Ottomotor. 15. Aachener Motorenkolloquium 2006

　　[4] Waltner, A.; Lückert, P.; Schaupp, U.; Rau, E.; Kemmler, R.; Weller, R.: Die Zukunftstechnologie des Ottomotors - Strahlgeführte Direkteinspritzung mit Piezo-Injektor. 27. Internationales Wiener Motorensymposium, 2006

　　[5] Alles über Zündkerzen. Technische Information Nr. 02, BERU AG (2004) und Meyer, J.; Niessner, W.: Neue Zündkerzentechnik für höhere Anforderungen. ATZ/ MTZ-Sonderausgabe “System Partners 97”, 1997

　　[6] Herden, W.; Vogel, M.: Perspektiven alternativer Zündsysteme, Diesel- und Benzindirekteinspritzung III, Expert-Verlag (2005) und Willand, J.; Suck, G.; Schintzel, K.: Anforderungen an die Einspritzsysteme strahlgeführter Brennverfahren (ebd.)