爆震,是燃?xì)忸A(yù)混合燃燒型發(fā)動(dòng)機(jī)*的工作狀態(tài),也是限制汽油機(jī)提高其各項(xiàng)性能的難點(diǎn)之一,主要表現(xiàn)在燃?xì)忸A(yù)混合燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不能過大,導(dǎo)致壓縮效率降低。開展發(fā)動(dòng)機(jī)爆震試驗(yàn),對(duì)其在各運(yùn)行工況下的缸內(nèi)壓力、振動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行研究,確定爆震發(fā)生的時(shí)刻及強(qiáng)度,異或未發(fā)生爆震工況的爆震安全裕度,從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。
爆震,是燃?xì)忸A(yù)混合燃燒型發(fā)動(dòng)機(jī)*的工作狀態(tài),也是限制汽油機(jī)提高其各項(xiàng)性能的難點(diǎn)之一,主要表現(xiàn)在燃?xì)忸A(yù)混合燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不能過大,導(dǎo)致壓縮效率降低。爆震產(chǎn)生時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力在紊亂震蕩中急劇上升,會(huì)激發(fā)出頻率高、幅度大的壓力波甚至是沖擊波,從而沖擊發(fā)動(dòng)機(jī)零部件,產(chǎn)生各種機(jī)體噪聲;發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)劇烈振動(dòng),破壞傳熱流體熱邊界層,使得散熱損失加大,冷卻水溫度顯著提高,氣缸蓋等零部件溫度超標(biāo)等,同時(shí)排氣管溫度會(huì)下降;爆震強(qiáng)度處于爆震閥值邊緣時(shí)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率,但發(fā)動(dòng)機(jī)爆震強(qiáng)度過大時(shí),其功率會(huì)迅速下降,甚至是毀壞發(fā)動(dòng)機(jī) [1] 。
爆震試驗(yàn)
爆震的發(fā)生與發(fā)動(dòng)機(jī)的不合理設(shè)計(jì)參數(shù)以及運(yùn)行工況密切相關(guān)。主要表現(xiàn)在燃燒室、火花塞、進(jìn)氣道等設(shè)計(jì)布置上。緊湊的燃燒室以及雙火花塞等可以減小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x,避免過熱爆震;合理的進(jìn)氣道可以增強(qiáng)氣流湍動(dòng)能從而加強(qiáng)火焰傳播速度;同時(shí)低速的運(yùn)行工況也會(huì)使得進(jìn)氣湍動(dòng)能減小而降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?,而大?fù)荷的運(yùn)行工況會(huì)使得汽缸溫度過高而使燃?xì)庾匀迹旌蠚膺^稀也會(huì)使得燃?xì)?/span>溫度升高而產(chǎn)生爆震現(xiàn)象等。開展發(fā)動(dòng)機(jī)爆震試驗(yàn),對(duì)其在各運(yùn)行工況下的缸內(nèi)壓力、振動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行研究,確定爆震發(fā)生的時(shí)刻及強(qiáng)度,異或未發(fā)生爆震工況的爆震安全裕度,從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。此外還可以依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析燃燒情況、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù),減小爆震安全裕度,使發(fā)動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行。航空發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前要進(jìn)行爆震試驗(yàn),以確定機(jī)型各工況燃燒運(yùn)行狀況,通過適航要求,確保發(fā)動(dòng)機(jī)空中運(yùn)行安全。
(1)在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口前安裝進(jìn)氣定溫加熱裝置,用于控制進(jìn)氣溫度,達(dá)到美國(guó)咨詢通報(bào) AC33.47-1 中的標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)齒輪盤處安裝上止點(diǎn)信號(hào)傳感器。
(3)根據(jù)缸壓測(cè)量順序?qū)?/span>壓力傳感器安裝在氣缸頭安裝座上。
(4)數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)采集卡、電荷放大器等儀器設(shè)備安裝與調(diào)試。
發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程中開啟進(jìn)氣定溫加熱裝置,設(shè)定目標(biāo)溫度為 39.8℃;系統(tǒng)穩(wěn)定后,發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度將控制在 39.4℃~40.5℃之間,保證進(jìn)氣溫度不低于爆震試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度 39.4℃(美國(guó)咨詢通報(bào)標(biāo)準(zhǔn) AC33.47-1 中的標(biāo)準(zhǔn)),以模擬標(biāo)準(zhǔn)熱天時(shí)的進(jìn)氣溫度。
增壓直噴汽油機(jī)的壓縮比一般小于10,而在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中,通過傳統(tǒng)的推遲點(diǎn)火角、加濃混合氣、EGR等措施抗爆震似乎已經(jīng)達(dá)到了極限。且增壓汽油機(jī)除了常規(guī)爆震外,在低速高負(fù)荷區(qū)域還容易出現(xiàn)超級(jí)爆震(pre-ignition)現(xiàn)象,采用常規(guī)抗爆震措施很難抑制 [2] 。
爆震試驗(yàn)
近年來研究表明:缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(GDI)通過增壓配合VVT控制掃氣具有減小爆震的潛力。常規(guī)汽油機(jī)在高負(fù)荷下主要通過推遲點(diǎn)火角并加濃混合氣減小爆震,這會(huì)顯著惡化燃油經(jīng)濟(jì)性,并且產(chǎn)生較高的HC和CO排放。在當(dāng)量比的條件下增壓GDI發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明:掃氣可以降低缸內(nèi)溫度,減小燃燒室熱負(fù)荷,降低渦輪前端溫度。且掃氣將缸內(nèi)殘余廢氣壓入排氣岐管,可改善渦輪增壓器的工作效率,使得進(jìn)氣量增加,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩。但當(dāng)量比條件下、壓縮比較高時(shí),難以采用大節(jié)氣門開度實(shí)現(xiàn)較好的掃氣效果,而且這時(shí)排氣溫度過高,容易使催化劑超溫。而在稀燃的條件下,缸內(nèi)燃燒溫度低,氮氧化物排放有所降低,而混合氣的自燃溫度高,發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震傾向小。再通過匹配較高增壓保證功率密度,可以達(dá)到較高的負(fù)荷。同時(shí),采用高的進(jìn)氣壓力和進(jìn)氣流量,對(duì)掃氣更有利。