CN104132775A - 增压汽油机超级爆震试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，提供了一种增压汽油机超级爆震试验装置，包括缸体、缸盖、活塞、进气门、排气门以及火花塞；进气门和排气门分别对应连接有进气管路和排气管路；在进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、微粒加注器以及喷油器，微粒加注器用于加注模拟早燃粒子，微粒加注器设有温控加热系统，用于加热模拟早燃粒子；在排气管路上设有尾气分析仪；缸体的内部设有缸压传感器。通过上述装置，在一定的热力学状态下，通过微粒注入器注入不同温度和粒径的模拟早燃粒子，能够稳定的产生不同强度的超级爆震，通过缸压传感器提取缸体压力震荡信息，确定超级爆震强度，再通过改变其他热力学因素展开对超级爆震的全方位研究。

Description

增压汽油机超级爆震试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电子线路装配技术领域，特别提供一种增压汽油机超级爆震试验装置及测试方法。

背景技术

直喷增压小排量(Downsizing)汽油机能够灵活控制燃油喷射并大幅降低油耗，在近几年中正成为汽油机发展的主流。但在低速大负荷直喷增压发动机容易发生一种对发动机危害极大的、至今尚未充分理解的非正常燃烧现象——超级爆震。超级爆震在火花点火之前发生早燃，最大爆发压力几倍于正常燃烧的最大爆发压力，甚至可能超过200bar，并伴随着巨幅压力振荡，随机发生，对发动机的危害及其巨大。因此研究超级爆震的难度很大，目前还未见成熟的超级爆震研究的试验装置。

世界各大汽车公司和发动机研究表明：超级爆震一般在火花点火之前出现早燃。早燃的起因是燃烧室中出现了热点(即早燃粒子)。解析早燃的来源，理解超级爆震燃烧过程，提出超级爆震控制方法，急需开发适合于增压汽油机工作条件下超级爆震的试验装置及其检测方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种适合于增压汽油机工作条件下超级爆震的实验装置及其检测方法，以解析早燃的来源，理解超级爆震的燃烧过程。

(二)技术方案

一种增压汽油机超级爆震试验装置，包括缸体、缸盖、活塞、进气门、排气门以及火花塞；

所述进气门和排气门分别对应连接有进气管路和排气管路；在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、微粒加注器以及喷油器，所述微粒加注器用于加注模拟早燃粒子，所述微粒加注器设有温控加热系统，用于加热所述模拟早燃粒子；在所述排气管路上设有尾气分析仪；所述缸体的内部设有缸压传感器。

优选的，所述温控加热系统为电阻加热器。

优选的，所述活塞的压缩比为14-18。

优选的，所述微粒加注器与进气管路之间设有微粒导入阀。

优选的，所述活塞为钢质活塞。

优选的，所述喷油器设置在所述进气门的门口。

优选的，所述活塞由测功机带动运转。

优选的，所述模拟早燃粒子为元素碳粒、发动机碳烟、金属元素。

一种通过上述任一项所述的增压汽油机超级爆震试验装置实现的超级爆震的测试方法，包括以下步骤：

S1、通过进气控温稳压腔、节气门以及喷油器控制活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态(温度、压力和浓度)；

S2、通过微粒加注器向缸体内加注不同温度的模拟早燃粒子，或通过微粒加注器向缸体内加注不同粒径的模拟早燃粒子，实现火花塞点火前缸体内混合气体的早燃，引发不同强度的超级爆震；

S3、通过缸压传感器采集缸体内的压力变化，提取压力震荡信息，判断缸体内超级爆震的强度；

S4、通过进气控温稳压腔、节气门以及喷油器改变活塞压缩至上止点时缸体内混合气体的热力学状态，研究不同热力学状态因素对超级爆震的影响。

优选的，步骤S1中，通过所述尾气分析仪反馈缸内混合气体的空燃比信息，从而精确控制缸体内混合气的浓度。

(三)有益效果

本发明提供的一种增压汽油机超级爆震试验装置及测试方法包括缸体、缸盖、活塞、进气门以及排气门；进气门和排气门分别对应连接有进气管路和排气管路；在进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、微粒加注器以及火花塞，微粒加注器用于加注模拟早燃粒子，微粒加注器设有温控加热系统，用于加热模拟早燃粒子；在排气管路上设有尾气分析仪；缸体的内部设有缸压传感器，本装置成本低，机械强度高，产业化前景好。

通过进气控温稳压腔、节气门以及喷油器能够灵活控制活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态(温度、压力和浓度)；通过微粒加注器向缸体内加注不同温度的模拟早燃粒子，或通过微粒加注器向缸体内加注不同粒径的模拟早燃粒子，实现火花塞点火前缸体内混合气体的早燃，引发不同强度的超级爆震；通过缸压传感器采集缸体内的压力变化，提取压力震荡信息，判断缸体内超级爆震的强度；通过进气控温稳压腔、节气门以及喷油器改变活塞压缩至上止点时缸体内混合气体的热力学状态，研究不同热力学状态因素对超级爆震的影响。本发明能够实现缸体内混合气体的稳定早燃，引发稳定的超级爆震，因此能够获取大量的超级爆震试验样本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种增压汽油机超级爆震试验装置的示意图。

图2为本发明实施例不同温度模拟早燃粒子诱发的超级爆震的缸压曲线图。

图3为本发明实施例的缸体内不同粒径模拟早燃粒子诱发的超级爆震的缸压曲线图。

附图标记：1、测功机；2、活塞；3、缸体；4、尾气分析仪；5、排气门；6、缸盖；7、缸压传感器；8、火花塞；9、进气门；10、喷油器；11、节气门；12、进气控温稳压腔；13、微粒导入阀；14、微粒加注器；X、缸压；Y、曲轴转角；a1、正常温度；a2、300℃；a3、370℃；a4、450℃；b1、50目；b3、200目；b4、300目。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供的一种增压汽油机超级爆震试验装置，包括缸体3、缸盖6、活塞2、进气门9、排气门5以及火花塞8，活塞2和火花塞8设置在缸体3内，进气门9和排气门5设置在缸盖6上，

缸体3内的活塞2为高压缩比活塞，压缩比为14-18，为产生超级爆震提供条件，活塞2为钢质活塞，强度高，不会在高强度频繁的超级爆震影响下损坏，活塞2的顶部为平顶状，可以降低缸盖6的厚度，并且活塞2由测功机1带动运转，在运转的过程中还可以获取活塞2的做功信息作为参考；进气门9和排气门5分别通过进气道和排气道对应连接有进气管路和排气管路；在进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔12、节气门11以及微粒加注器14；所述喷油器10设置在进气道的道口处，使油气更容易混合且不会残留在进气管路中；进气控温稳压腔12内设有温控加热器，用于控制进气温度。

微粒加注器14用于加注模拟早燃粒子，所述模拟早燃粒子可以是元素碳粒、发动机碳烟和/或金属元素，所述微粒加注器14还设有温控加热系统，用于加热模拟早燃粒子，温控加热系统可以是电阻加热器，通过控制电阻加热器两端的加载电压灵活控制加热温度，所述微粒加注器14与进气管路之间设有微粒导入阀13，用于控制注入进气管路中的模拟早燃粒子的量；在排气管路上设有尾气分析仪4，用于反馈缸体3内的空燃比信息，并可根据反馈信息控制进气浓度，使浓度参量对超级爆震的影响更为明确；缸体3的内部设有缸压传感器7，用于采集缸体3内的压力变化，提取压力震荡信息，研究超级爆震，所述缸压传感器7连接有计算机，用于对所述缸压传感器检测到的数据进行处理。

通过上述增压汽油机超级爆震试验装置能够实现一种级爆震的测试方法，具体包括以下步骤：

S1、通过进气控温稳压腔12、节气门11以及喷油器10控制活塞2压缩至上止点时缸体3内混合气的热力学状态(温度、压力和浓度)，并且还可通过所述尾气分析仪4反馈缸内混合气体的空燃比信息，从而精确控制缸体3内混合气的浓度。

S2、通过微粒加注器14向缸体3内加注不同温度的模拟早燃粒子，或通过微粒加注器14向缸体3内加注不同粒径的模拟早燃粒子，实现火花塞8点火前缸体3内混合气体的早燃，引发不同强度的超级爆震；

S3、通过缸压传感器7采集缸体3内的压力变化，提取压力震荡信息，判断缸体3内超级爆震的强度；

S4、通过进气控温稳压腔12、节气门11以及喷油器10改变活塞2压缩至上止点时缸体3内混合气体的热力学状态，研究不同热力学状态因素对超级爆震的影响。

如图2所示，具体的，根据上述方法，模拟早燃粒子以碳粒为例，活塞的伸缩有曲轴转角Y决定，进而影响缸压X的大小，再通过缸压传感器检测缸压X的变化，在碳粒加热到300℃a2时，与没有加入碳粒(正常温度a1)的循环相比，缸内放热始点明显提前，缸压在上止点附近就已经脱离了压缩线。这表明，高温碳粒起到了热点的作用，加热了周围混合气，使之产生了自燃。而将碳粒继续加热到370℃a3时，相对于300℃a2，缸压脱离压缩线的时刻更早，初期火焰传播带来的放热率更快。这也造成了未燃混合气的温度以及压力进一步升高，可能达到了自燃的临界状态。在一定的滞燃期之后发生了大面积的未燃混合气自燃，造成了急速放热和压力波剧烈振荡，发生了超级爆震。当碳粒加热到450℃a4时，在上止点前发生早燃后，带来了最为快速的火焰传播放热，其后的末端混合气自燃造成的超级爆震强度最大。

图3给出了在碳粒温度都加热到370℃a3时，不同粒径的碳粒造成的超级爆震循环。同样，各个超级爆震或者早燃循环为加入碳粒之后超级爆震最强的循环。

碳粒的粒径越大，越容易诱发超级爆震。加入300目b4(约为0.050mm)的碳粒，对发动机的燃烧几乎没有影响。而加入200目b3(0.075mm)以上粒径的碳粒之后，就能够诱发超级爆震。尤其是50目b1(约为0.300mm)的碳粒能够诱发极为强烈的超级爆震。而且，碳粒粒径越大，早燃越早，超级爆震强度越大。这是由于，粒径小的碳粒，比表面积大，散热更快，在加入后被缸内气体迅速冷却。而且，由于其粒径较小，能够提升周围混合气的温度较低，不能使周围混合气在压缩行程达到自燃温度，未能发生早燃。

由此可知，通过不同温度和不同粒径的碳粒，可稳定的获得不同强度的超级爆震，再此基础上改变缸体内的热力学状态，还可展开关于不同热力学状态对爆震的影响的研究。

另外，应当理解的是，对模拟早燃粒子并不止局限于碳粒，还可以根据实际发动机类型，对其他粒子，如金属元素或碳烟等对超级爆震的影响展开研究。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，包括缸体(3)、缸盖(6)、活塞(2)、进气门(9)、排气门(5)以及火花塞(8)，所述活塞(2)和火花塞(8)设置在缸体(3)内，所述进气门(9)和排气门(5)设置在缸盖(6)上；

所述进气门(9)和排气门(5)分别对应通过进气道和排气道连接有进气管路和排气管路；在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔(12)、节气门(11)以及微粒加注器(14)；所述喷油器(10)设置在所述进气道的道口处，所述微粒加注器(14)用于加注模拟早燃粒子，所述微粒加注器(14)设有温控加热系统，用于加热所述模拟早燃粒子；所述缸体(3)的内部设有缸压传感器(7)。

2.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述缸压传感器(7)连接有计算机，用于对所述缸压传感器检测到的数据进行处理。

3.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，在所述排气管路上设有尾气分析仪(4)。

4.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述温控加热系统为电阻加热器。

5.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述活塞(2)的压缩比为14-18。

6.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述微粒加注器(14)与进气管路之间设有微粒导入阀(13)。

7.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述活塞(2)为钢质活塞。

8.根据权利要求1所述的增压汽油机超级爆震试验装置，其特征在于，所述活塞(2)由测功机(1)带动运转。

9.一种超级爆震的测试方法，其特征在于，通过权利要求1-8任一项所述的增压汽油机超级爆震试验装置实现，具体包括以下步骤：

S1、通过进气控温稳压腔(12)、节气门(11)以及喷油器(10)控制活塞(2)压缩至上止点时缸体(3)内混合气的热力学状态(温度、压力和浓度)；

S2、通过微粒加注器(14)向缸体(3)内加注不同温度的模拟早燃粒子，或通过微粒加注器(14)向缸体(3)内加注不同粒径的模拟早燃粒子，实现火花塞(8)点火前缸体(3)内混合气体的早燃，引发不同强度的超级爆震；

S3、通过缸压传感器(7)采集缸体(3)内的压力变化，提取压力震荡信息，判断缸体(3)内超级爆震的强度；

S4、通过进气控温稳压腔(12)、节气门(11)以及喷油器(10)改变活塞(2)压缩至上止点时缸体(3)内混合气体的热力学状态，研究不同热力学状态因素对超级爆震的影响。

10.根据权利要求9所述的产生及研究超级爆震的方法，其特征在于，所述模拟早燃粒子为元素碳粒、发动机碳烟和/或金属元素。