震爆試驗

來源：成都科大勝英科技有限公司 2022年05月16日 11:32

爆震，是燃氣預混合燃燒型發動機*的工作狀態，也是限制汽油機提高其各項性能的難點之一，主要表現在燃氣預混合燃燒發動機的壓縮比不能過大，導致壓縮效率降低。開展發動機爆震試驗，對其在各運行工況下的缸內壓力、振動等信號進行研究，確定爆震發生的時刻及強度，異或未發生爆震工況的爆震安全裕度，從而保證發動機的安全運行。

背景

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爆震，是燃氣預混合燃燒型發動機*的工作狀態，也是限制汽油機提高其各項性能的難點之一，主要表現在燃氣預混合燃燒發動機的壓縮比不能過大，導致壓縮效率降低。爆震產生時，發動機缸內壓力在紊亂震蕩中急劇上升，會激發出頻率高、幅度大的壓力波甚至是沖擊波，從而沖擊發動機零部件，產生各種機體噪聲；發動機也會劇烈振動，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等，同時排氣管溫度會下降；爆震強度處于爆震閥值邊緣時可以提高發動機熱效率，但發動機爆震強度過大時，其功率會迅速下降，甚至是毀壞發動機 [1] 。

爆震試驗

爆震的發生與發動機的不合理設計參數以及運行工況密切相關。主要表現在燃燒室、火花塞、進氣道等設計布置上。緊湊的燃燒室以及雙火花塞等可以減小火焰傳播距離，避免過熱爆震；合理的進氣道可以增強氣流湍動能從而加強火焰傳播速度；同時低速的運行工況也會使得進氣湍動能減小而降低火焰傳播速度，而大負荷的運行工況會使得汽缸溫度過高而使燃氣自燃，混合氣過稀也會使得燃氣溫度升高而產生爆震現象等。

開展發動機爆震試驗，對其在各運行工況下的缸內壓力、振動等信號進行研究，確定爆震發生的時刻及強度，異或未發生爆震工況的爆震安全裕度，從而保證發動機的安全運行。此外還可以依據實驗結果，分析燃燒情況、優化發動機運行參數，減小爆震安全裕度，使發動機高效運行。航空發動機出廠前要進行爆震試驗，以確定機型各工況燃燒運行狀況，通過適航要求，確保發動機空中運行安全。

過程

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（1）在發動機進氣口前安裝進氣定溫加熱裝置，用于控制進氣溫度，達到美國咨詢通報 AC33.47-1 中的標準。

（2）在發動機起動齒輪盤處安裝上止點信號傳感器。

（3）根據缸壓測量順序將壓力傳感器安裝在氣缸頭安裝座上。

（4）數據采集軟件、數據采集卡、電荷放大器等儀器設備安裝與調試。

發動機暖機過程中開啟進氣定溫加熱裝置，設定目標溫度為 39.8℃；系統穩定后，發動機進氣溫度將控制在 39.4℃~40.5℃之間，保證進氣溫度不低于爆震試驗標準溫度 39.4℃（美國咨詢通報標準 AC33.47-1 中的標準），以模擬標準熱天時的進氣溫度。

爆震的抑制

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增壓直噴汽油機的壓縮比一般小于10，而在實際產品開發中，通過傳統的推遲點火角、加濃混合氣、EGR等措施抗爆震似乎已經達到了極限。且增壓汽油機除了常規爆震外，在低速高負荷區域還容易出現超級爆震（pre-ignition）現象，采用常規抗爆震措施很難抑制 [2] 。

爆震試驗

近年來研究表明：缸內直噴汽油機（GDI）通過增壓配合VVT控制掃氣具有減小爆震的潛力。常規汽油機在高負荷下主要通過推遲點火角并加濃混合氣減小爆震，這會顯著惡化燃油經濟性，并且產生較高的HC和CO排放。在當量比的條件下增壓GDI發動機試驗結果表明：掃氣可以降低缸內溫度，減小燃燒室熱負荷，降低渦輪前端溫度。且掃氣將缸內殘余廢氣壓入排氣岐管，可改善渦輪增壓器的工作效率，使得進氣量增加，提高發動機的低速扭矩。但當量比條件下、壓縮比較高時，難以采用大節氣門開度實現較好的掃氣效果，而且這時排氣溫度過高，容易使催化劑超溫。而在稀燃的條件下，缸內燃燒溫度低，氮氧化物排放有所降低，而混合氣的自燃溫度高，發動機的爆震傾向小。再通過匹配較高增壓保證功率密度，可以達到較高的負荷。同時，采用高的進氣壓力和進氣流量，對掃氣更有利。

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