發動機點火的案例
固體發動機點火壓強峰的CFD計算方法研究
01
點火壓強峰產生的原因
點火壓強峰的形成主要是噴管堵蓋打開后藥柱被完全點燃、經過噴管喉部節流升壓后，在侵蝕燃燒效應和點火發動機剩余燃氣流量共同作用下的結果。發動機點火工作，燃氣通過藥柱內孔從頭部向噴管流動，且藥柱內孔壁面不斷有新生成燃氣加入，燃氣速度逐漸增大，燃燒室內流場存在壓強梯度，所以發動機頭部壓強要高于尾部壓強。特別是發動機工作初期，藥柱被完全點燃，點火發動機仍有剩余燃氣加入，大長徑比發動機有侵蝕燃燒效應，此時燃燒室內流場壓強梯度最大，頭部壓強比尾部壓強高，表現為點火壓強峰。
目前內彈道計算通常采用零維模型，即認為發動機頭尾壓強相同。對于大直徑發動機，燃燒室軸向壓強梯度小，頭尾壓強基本相同，內彈道計算結果與實測值基本一致，無點火壓強峰發動機的典型壓強時間曲線如圖1所示，計算初始壓強和試車實測初始壓強均為8 MPa左右。對于小直徑大長徑比發動機，燃燒室軸向壓強梯度大，且有侵蝕燃燒，發動機頭尾壓差大，發動機試車測試頭部壓強，內彈道計算值與實測值差別較大。隨著燃燒的進行，內孔擴大，燃燒室軸向壓強梯度變小，壓強逐漸回落，實測壓強曲線與理論曲線接近，有點火壓強峰發動機的典型壓強時間曲線如圖2所示，零維內彈道計算初始壓強為9 MPa，試車實測點火壓強峰為14.5 MPa，比計算值高61%，誤差較大。
展開 發動機點火方式有哪些
常見的發動機點火方式有火花點火和壓燃點火兩種。
火花點火
火花點火，全稱“電火花點火”、“火花塞點火”，是強制點火的一種方式.利用火花塞兩電極間的電弧放電原理，使可燃混合氣點燃而迅速著火燃燒。在壓縮行程接近終了時，由燃料和空氣所組成的可燃混合氣在氣缸內被活塞壓縮到一定的壓力和溫度，立即以1C?15kV的高壓電流通入裝在氣缸蓋上的火花塞，在氣缸中產生電火花，使可燃混合氣著火而燃燒。
壓燃點火
壓燃點火是柴油發動機的一種點火方式。柴油發動機以柴油作為燃料，與汽油相比，柴油的自燃溫度低（220℃左右）、黏度大且不易蒸發。而且柴油發動機本身沒有火花塞，其壓縮比也要大于汽油發動機，因此柴油發動機依靠壓縮行程將混合氣壓縮到燃點，使其自動著火，故稱這種點火方式為壓燃點火。
展開 點火問題及其對發動機性能和效率的影響
日期： 2018 年 5 月 24-25 日 (2天）講師： Bruce Chehroudi語言： 英 文會場： 上海市地址： 上海市
本次研討會將介紹有關點火問題的基本知識和最新進展，目的在于更好地評估和利用點火技術的潛能。在點火過程中，火花塞附近噴射出未充分燃燒的燃油，其熱力學和流體力學性能在很大程度上影響了燃燒的質量，并加重了污染物排放。此外，不充分的點火還會影響發動機的性能和車輛駕駛性能。一般所稱的循環變動對發動機的容量和爆震極限設計會產生影響和限制。而循環變動又在很大程度上受到點火系統的影響。同時，點火系統已經可以用于提供氣缸內情況的信息，并開始了實際應用，用于記錄并傳遞每個氣缸的空燃比、熄火、爆震和質量分數等數據。因此，運用這些信息制定單個氣缸的控制策略，有助于設計出更具燃油經濟性且更加環保的發動機。
展開 全球首創多通道等離子體點火器
記者從參展的西安空天能源動力智能制造研究院有限公司獲悉，該公司與航空等離子體動力學國家級重點實驗室合作研制的多通道等離子體點火器，克服了目前航空渦輪發動機、沖壓發動機等在高空低溫低壓和高速飛行條件下點火困難的世界性難題，領先國外技術，為全球首創。
國際首創多通道等離子體點火器亮相西安科博會
據介紹，飛機升空需由點火器引燃燃燒室，進而使發動機產生推力。當飛機飛行至高空時，因進氣畸變等原因，一旦發生空中熄火停車，飛機必須進行二次點火啟動。
然而在高空低溫低壓環境下，飛機燃油霧化蒸發特性顯著惡化，會導致點火困難、燃燒效率低下。為成功二次啟動，飛機必須降低飛行高度至8000米以下。因此，提高發動機點火器性能，拓展高空二次點火高度，對保證飛機飛行安全和效能發揮意義重大。
目前主流的航空發動機點火器只有一個放電通道，僅能將點火電源裝置的能量釋放1/4左右。該公司研制的多通道等離子體點火器，可在點火電源裝置不變的前提下，使其放電能量和初始火核體積變大1倍以上，能在更惡劣條件下點燃燃油，顯著拓寬點火邊界，縮短點火延遲時間，多數情況下無須降低飛機飛行高度。
西安空天動力研究院的副總工程師王衛民告訴記者，傳統的航空發動機點火器在低壓、低溫、高速等極端條件會出現點火困難、容易熄火的問題，這就需要更大的初始火核。針對這種情況，在李應紅院士指導下，西安空天動力研究院與航空等離子體動力學國家級重點實驗室吳云教授等合作研制的多通道等離子體點火器，提升電嘴放電能量，在國際上首創了多通道等離子體點火器，在電源裝置不變的前提下，放電能量和初始火核體積增大1倍以上，顯著拓寬點火邊界，短點火延遲時間。
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奇瑞最新一代2.0T、1.5T高性能發動機“點火”成功，有比的嗎
3月22日上午,由奇瑞汽車自主研發的第三代發動機ACTECO 2.0TGDI 和 ACTECO 1.5TGDI 首臺整機雙雙“點火”成功。這是繼2018年11月奇瑞第三代發動機 ACTECO 1.6TGDI正式投產以來，奇瑞ACTECO發動機家族再添閃耀“雙子星”！
ACTECO 2.0TGDI 局部圖
從2018年6月立項啟動2.0TGDI開發工作，項目組用9個多月的時間成功完成首臺發動機點火的關鍵節點。伴隨著奇瑞研發平臺化、模塊化水平的不斷提升，這將縮短以EXEED 星途為代表的第三代戰略新車型的上市周期，充分滿足市場需求和用戶期待。
據先進發動機平臺產品總監付曉利介紹，2.0TGDI、1.5TGDI均按照國六B排放標準開發，采用350 bar直噴系統；2.0TGDI最大功率180kW， 最大扭矩380Nm，同時2.0TGDI發動機的結構緊湊性和重量在競品中處于領先水平; 1.5TGDI最大功率133kW，最大扭矩285Nm。
2.0TGDI還配備雙平衡軸系統，可為用戶帶來靜謐的駕乘體驗，這也是公司首款真正意義上的大排量高性能發動機，未來將和1.5TGDI、1.6TGDI發動機高低搭配，為市場提供完整動力組合。
圖為即將投放EXEED 星途產品上的 ACTECO 1.6TGDI發動機
在中國品牌汽車中，奇瑞在發動機領域有著不俗的表現，但現在用戶最期待的是，這些高性能發動機什么時候能夠量產？
來源：奇瑞人，有改變
展開 比亞迪新2.0T發動機點火成功！
眾多周知，比亞迪在新能源領域位于世界領先水平，眾多產品出口歐美，但燃油技術放在國際上并沒有明顯優勢，不過比亞迪一直致力于燃油技術的研發，功夫不負有心人，經過夜以繼日的研發，比亞迪終于開發出了38%熱效率的高水平發動機。
根據比亞迪官方“動力人”消息，比亞迪正向研發的BYD487ZQC發動機點火成功，宣布比亞迪在燃油發動機研發領域躋身了世界一流水準。
目前這款發動機的詳細參數并沒有公布，但是從發動機的熱效率可以看出，這款發動機的燃油經濟性較高，作為參考9代雅閣混動上發動機的最高熱效率是38% ，最新混動雅閣上發動機的熱效率為40.6%，混動凱美瑞上的是41% 。奇瑞的ACTECO系列發動機熱效率為37.1%，大眾的EA888系列發動機熱效率也不過是37.2%，可以看出比亞迪的這款發動機雖然距離世界最頂級的日系發動機還有差距，但是熱效率足以躋身世界一流水準。
據了解，這款發動機將搭載在比亞迪混動系列的發動機上，例如比亞迪秦、唐以及即將推出的比亞迪漢等，將進一步降低這些車型的油耗水平。
本文來源：老潘講車
展開 獲得更高效率，小型火箭公司Launcher開發3D打印整體式火箭發動機
Launcher 總部位于紐約，并在長島的海軍武器工業儲備工廠設有測試設施，預計將在2019年下半年在這里進行E-2發動機的測試。
E-2 3D打印發動機的開發是Launcher 能否在2024年實現火箭試飛計劃的關鍵。E-2 發動機采用了“閉環”燃燒系統，創始人Haot稱這與SpaceX的新Raptor發動機使用設計方式類似，即盡可能從引擎中獲得最高效率。
3D科學谷Review
根據3D科學谷的市場觀察，Launcher已在位于長島的工廠中完成了E-1 火箭發動機的點火測試，Launcher E-1 是一款3D打印銅合金發動機，該發動機是與合作伙伴3T、EOS 合作開發的。
Launcher 銅合金3D打印發動機點火試驗，來源3T RPD。
其中的關鍵技術是3D打印和分階段燃燒循環。3D打印技術的應用可以減少發動機零件數量，縮短開發時間，并且更加易于制造復雜功能集成的部件，Launcher 開發的3D打印銅合金（Cucrzr）發動機部件就集成了復雜冷卻通道，這一設計將使發動機冷卻效率得到提升。
Launcher 銅合金發動機3D打印，來源3T RPD。
分階段燃燒循環中，推進劑流過兩個燃燒室，一個預燃室和一個主燃燒室。通過點燃預燃室中的少量推進劑產生的壓力可用于為渦輪泵提供動力，渦輪泵迫使剩余的推進劑進入主燃燒室。增加預燃器可以提高燃油效率，但卻需要更高的工程復雜性。
Launcher在開發E-1發動機時就曾透露過，未來三年將開發大40倍的E-2發動機。E-2 是Launcher和AMCM 合作制造的，使用的是一臺為AMCM 定制的EOS M400系列選區激光熔化設備。
展開 盤點NASA 在太空探索工作中的3D打印應用
超燃沖壓發動機結合了燃氣渦輪發動機（形成基于渦輪的聯合循環推進-TBCC系統），能夠將飛行器從靜止狀態推進到5馬赫或更高的高超音速飛行狀態并再次返回。
兩種合金制成的3D打印火箭發動機點火器
這款3D打印的火箭發動機點火器，標志著NASA能夠首次使用3D打印成功地將功能部件中的兩種金屬合金組合在一起。這一突破可能開啟火箭點火器更快的開發周期，并降低發動機點火器在未來的生產成本。
點火器橫截面的顯微鏡圖像顯示兩種金屬是如何相互擴散的，來源：NASA。
傳統上，關鍵的發動機部件是使用釬焊工藝制成的，釬焊是一種緩慢而昂貴的工藝，并且需要體力勞動和各種不同的步驟來配合完成。通過3D打印將兩種金屬材料打印成一個單一部件，NASA開辟了一種更高效、更經濟有效的制造火箭發動機點火器的方法。
3D打印銅合金火箭燃燒室部件
NASA 在銅合金發動機燃燒室內襯3D打印方面取得了突破，打印材料為GRCo-84銅合金，它是在NASA在俄亥俄州的Glenn研究中心開發出來的一種銅合金，打印工藝也是選區激光熔融。
NASA 對3D打印銅合金燃燒室襯里進行點火試驗
燃燒室襯里的3D打印總共為8255層，僅這一個部件打印時間為10天零18個小時。這個銅合金燃燒室零部件內外壁之間具有200多個復雜的通道，制造這些微小的、具有復雜幾何形狀的內部通道，即使對增材制造技術來說也是一大挑戰。
展開 面向48V 系統起動敲擊控制的動力系統集成及標定
而自動起動Autostart（48V 電機起動）策略為：自動起動過程中48V 電池為48V 電機供電，48V 電機驅動發動機曲軸轉動，曲軸轉速穩定上升至怠速轉速后，發動機噴油點火完成起動；自動起動發動機點火時刻曲軸轉速較高，點火后不會出現轉速劇烈上沖，整個起動過程轉速上升平緩，起動沖擊較小。
對比圖2、圖3 中搖臂加速度曲線與近場敲擊聲曲線（紅色與綠色曲線）可知，自動起動工況雙向張緊器搖臂振動加速度（紅色曲線）與近場敲擊聲（綠色曲線）明顯小于鑰匙起動工況，與主觀感受一致。通過對比分析鑰匙起動工況與自動起動工況NVH數據，張緊器起動敲擊的產生機理為：鑰匙起動過程發動機轉速上沖劇烈，轉速波動大，第一次點火時發動機轉速迅速上升至930rpm，較大的起動沖擊通過曲軸皮帶輪傳遞給皮帶，使皮帶迅速拉緊，皮帶推動張緊器滾輪，從而導致張緊器搖臂猛烈撞擊限位止點，產生劇烈敲擊聲，張緊器敲擊結構如圖4所示。
2 面向起動敲擊控制的發動機起動標定匹配優化
從產生機理上講，該嚴重的鑰匙起動工況下張緊器搖臂敲擊屬于發動機本體起動策略與48V 前端輪系新結構匹配不當導致的集成問題[9-11]。本文從面向48V 前端輪系匹配的角度，深入研究了降低點火沖擊激勵的發動機本體起動標定優化[12，13]，目標是通過起動燃燒控制[14，15]，降低起動過程中第一次點火的上沖轉速，使起動過程更為平穩，降低起動沖擊，解決嚴重的鑰匙起動敲擊問題。
2.1 “點火提前角梯度優化”的起動控制策略開發
針對原起動策略在起動第一次點火時轉速上沖過高問題，通過退點火提前角降低點火上沖轉速。
展開 讀者投稿｜發動機冷測試技術的趨勢發展與投資分析
發動機測試設備預計2025年全球市場規模154.13億元
（21-25年CAGR≈7.54%）
、中國預計55.39億元，市場規模空間可觀。其中冷試，作為發動機質量檢測的重要手段越來越受到各大主機廠和資本的關注，正在成為國內外汽車工業的研究熱點。
1.冷試的原理
發動機冷測試驗是用來檢測內燃機裝配質量的一種方法，顧名思義，在發動機不點火的前提條件下對發動機進行測試。冷試臺架通過電機拖動發動機的飛輪或者曲軸到達測試轉速，然后通過冷試臺架內的各個傳感器對發動機進行全方位的量化測量與標準對比，輸出測試結果。
具體來講，當采用冷測試技術檢測發動機時，發動機不需要燃料來運行，也不需要冷卻液進行冷卻。被測試的發動機進入測試臺，通過氣缸或液壓缸帶動夾具夾緊發動機的進氣口、排氣口和電氣適配接口。用抱爪或其它夾緊機構自動夾緊發動機的飛輪或適配器，測試臺的伺服電機驅動發動機以不同的速度旋轉，與此同時，測試系統通過數據采集卡同時從發動機進氣口、排氣口、夾緊機構的扭矩傳感器以及主油道出口的壓力傳感器上采集數據，采集到的測試數據通過測試臺專用軟件進行分析，然后將分析結果與測試臺已設定好的極限值進行比較，從而確定發動機是否被正確裝配。
▲圖1 冷測試檢測過程
▲圖2 冷試臺架（弗洛里希臺架）
2.冷試與熱試的對比
發動機檢測本質源于對整機裝配質量的訴求，是盡可能對發動機真實工況還原情形下的檢測。根據測試原理，即最直觀的是否將發動機點火，將發動機測試劃分為冷試與熱試。
展開 正確理解發動機負荷的意義
而發動機ECU依然允許噴油器對其噴射燃油（目前采用失火檢測控制的發動機，會對失火汽缸進行斷油控制，但是僅限于電腦檢測到點火線圈及其線路出現短路、斷路的情況）。
而相對于進氣量來說，電腦仍舊保持相應的噴油量，此時就會出現單缸噴油器燃油浪費的情況，這導致尾氣中出現日C， 02同時過高的情況，這也會進一步導致發動機電腦對此工況的失控，甚至會出現混合氣繼續加濃的情況。
原有的F=f時，發動機的輸出扭矩與發動機阻力相等，發動機能夠以穩定的轉速轉動。如果將發動機的各個汽缸輸出的動力分解，我們可以看到4缸發動機，是由F1、F2、F3、F4組成，此時的F=F1＋F2＋F3＋F4=4F1，如果出現了其中的任一缸工作不良（比如1缸不良），則會出現廠=F2＋F3＋F4=3F1，此時驅動力廠就會小于阻力f（F<f），這將導致發動機轉速降低，怠速時發生怠速抖動甚至熄火的故障。發動機電腦因而會啟動怠速轉速控制，通過增大進氣量、噴油量，使其余3個汽缸發出更大的扭矩，以克服發動機本身運行阻力。
此時的驅動力F=F2'＋F3'＋F4'=f，這樣本來有4個汽缸來完成的工作，在電腦控制下由3個工作良好的汽缸來完成，并且要承擔工作不良汽缸的機械阻力。因此，從發動機本身來說，就要增加額外的混合氣數量，繼而發動機的負荷就大于了正常值。
以之前在發動機數據流分析系列文章中提到的別克英朗為例，發動機轉速達到接近1000r/min，進氣量達到8.96g/s，節氣門開度達到16.3%，噴油時間為5.81 ms，發動機負荷為59.2%。出現發動機怠速轉速高于正常怠速，加速遲緩、動力不足的故障。其中的發動機負荷已經超過了50%，但實際的發動機輸出扭矩則沒有明顯的大幅上升。其原因是由于此時的發動機點火提前角已經推遲到了－16.8°，過遲的點火時刻，使得發動機輸出功率大幅降低。
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17種汽車發動機原理大放送，總結全面！
由于轉子發動機的軸向運轉特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達到較高的運轉轉速，其轉速比往復式發動機上升得快，且具有高馬力容積比(發動機容積較小卻能輸出較多動力)的優點。
06 壓縮點火發動機
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壓縮點火發動機，空氣在吸氣過程其壓縮比為12至20之間，因此在燃燒過程中空氣的溫度變得很高。在壓縮點火發動機中，是以高壓縮比先將空氣壓縮到很高溫度，然后將液體燃料噴入，利用空氣的高溫使燃料燃燒。柴油發動機是壓縮點火發動機的完美示例，因為它僅通過壓縮空氣來工作。
▲壓縮點火
07 火花點火發動機
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火花點火又稱“強制點火”?；鸹?em>點火發動機在壓縮行程中，燃料和空氣的可燃混合物在氣缸內被壓縮至適當程度時，立即將高壓電流通到裝在氣缸蓋上的火花塞，產生電火花，使可燃混合物著火燃燒 。
▲火花點火
火花點火是利用火花塞兩電極間的電弧放電原理，使可燃混合氣點燃而迅速著火燃燒。在壓縮行程接近終了時，由燃料和空氣所組成的可燃混合氣在氣缸內被活塞壓縮到一定的壓力和溫度，立即以10?15kV的高壓電流通入裝在氣缸蓋上的火花塞，在氣缸中產生電火花，使可燃混合氣著火而燃燒。
08 電動發動機
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電動發動機，是將由電源提供的電能轉化為機械能的裝置。電源為電動汽車的驅動機構——電動機提供電能，電動機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪工作的裝置。
目前，電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發展的電源主要有鈉硫電池、鎳鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應用，為電動汽車的發展開辟了廣闊的前景。
展開 將人類文明推向前進的旅程——阿波羅登月52周年紀念
阿波羅11號升空
升空后兩小時44分鐘，第三級發動機點火，將航天器的速度提高到超過24,000英里/小時，足以逃離地球的引力。阿姆斯特朗在發動機點火后和地面通話，“土星5號給了我們一次壯觀的旅程，景色太美了。“
阿波羅11號繞地球第一次軌道運行時的低壓系統視圖
通往月球的途中，在阿波羅11號內部奧爾德林
地球的后退（從上到下）， 從113,000英里到144,300英里，再到234,800英里
經歷了近4天的飛行，美國東部時間7月20日晚上10時56分，阿姆斯特朗代表全人類第一次踏上另一個世界上。全球有超過5億人在電視上觀看，他爬下梯子宣稱，“對于一個人來說，這只是一小步，但對人類來說，這是一個巨大的飛躍。”
在接下來的三年半時間里，10名宇航員踏足月球。最后一次阿波羅任務的指揮官吉恩·塞爾南在月球表面留下了這樣一句話，“我們離開的時候，我們就會離開，我們將以平安的方式回歸，為全人類帶來和平與希望?！?/span>
展開 藍箭80噸液氧甲烷發動機燃氣發生器點火試車成功
圖片來自公眾號 藍箭空間科技
網易科技訊1月7日消息，藍箭發布信息稱自主研發的80噸液氧甲烷發動機燃氣發生器首輪點火試車成功。
藍箭表示，這次試車是在藍箭航天自建的熱試車臺完成，先后進行了多次試車，通過了高低工況、高低混合比等狀態考核，達到了預期目的。試驗驗證了燃氣發生器設計和工藝的正確性以及制造質量，同批產品將用于渦輪泵聯試和整機試車，全面推進“天鵲”（TQ-12）80噸液氧甲烷發動機的研制。
藍箭2018年年中時曾表示自主研發的中型液氧甲烷運載火箭將于2019年完成全部地面試驗，2020年首飛。
藍箭航天成立于2015年6月，是中國唯一一家具備液體燃料運載火箭研發能力的民營企業，聚焦于中小型的商業航天應用市場，主要研制液氧甲烷航天發動機及液氧甲烷火箭。
展開 3D打印火箭發動機有望飛向太空，Aerojet Rocketdyne
3D打印火箭發動機的出現，從制造角度為人類探索太空的夢想提供了新的可能。
南極熊獲悉，加州火箭和導彈推進器制造商Aerojet Rocketdyne于2021年5月11日宣布已經對3D打印RL10C-X上層火箭發動機進行了全面測試，希望能夠在2022年之前發射Vulcan Centaur火箭。RL10C-X使用模擬太空的真空的測試室，以大約24,000磅（約10.9噸）的推力進行了測試，并進行了類似飛行的配置測試（包括多次重啟），以證明發動機運轉良好。
△首輪測試中，3D打印的RL10C-X原型火箭發動機飆升。圖片由Aerojet Rocketdyne提供。
據了解，RL10C-X是RL10高級發動機的升級版本，主要部件包括噴射器和燃燒室，均采用3D打印技術生產。在過去的十年中，Aerojet一直積極致力于開發增材制造（AM）平臺，構建可可靠承受火箭發動機極端運行環境的組件。在最近的測試中，發動機成功地證明了在極端飛行條件下的長期運轉和發動機點火性能。RL10C-X迄今已累積了5000秒的完整熱火測試以及32次啟動，并在熱火測試之后仍具有顯著的使用壽命。
△RL10發動機。圖片由Aerojet Rocketdyne提供。
Aerojet Rocketdyne團隊從3D打印和測試小規模組件開始，然后利用SLM技術制造銅合金全尺寸推力室組件。在2019年，團隊使用了一種新型3D打印鎳合金再生冷卻噴嘴，可在海平面測試全尺寸發動機系統。
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