增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展

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增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究

爆震强度采用 Gamma T echnolog ies 公司开发改进的爆震指数( K no ck Index ) 公式[ 9] 进行现象表征, 并在其 GT P OWER 软件的爆震模块中使用进行计算, 计算式为:
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内燃机工程
2010 年第 6 期
双区模型将缸内的混合气划分为已燃和未燃两个区[ 6] , 两区之间由一个不连续的界面, 即火焰锋面分隔开, 两区的温度压力分别计算, 故使用双区模型模拟能大致反应缸内流场以及缸内的压力温度分
布, 同时计算过程中可以嵌入爆震模型进行爆震分析。对于爆震的分析采用经验自燃诱导时间( induc t ion t ime) 计算关系式[ 7] , 这个公式源于阿列纽斯 ( Arrhenius) 函数, 通过给定混合气的相关参数如压力温度等, 来测定自燃时间, 自燃时间的计算式为:
值, 并在计算过程中进行调试。
1 试验样机
本文以某 2. 0 L 可变气门正时缸内直喷式涡轮增压汽油机作为研究对象, 发动机主要技术参数见表 1。该机涡轮增压器选用 Garr et t 公司的 GT 20 系列, 压气机和涡轮 MA P 图如图 1、图 2 所示。
表 1 增压汽油机的主要技术参数
2010 年第 6 期
内燃机工程
∀ 25 ∀
4 中冷后温度对爆震的影响
双区模型结合爆震模型可以对发动机的爆震强度进行分析。爆震的产生主要是燃烧过程中火焰尚
未传播到燃烧室末端时, 末端混合气自燃造成的。其中, 缸内温度的升高容易造成末端混合气迅速达到自然点而产生爆震。进气温度是影响缸内温度的因素之一, 通过对其进行控制可以起到部分控制爆震的作用。因此, 本文分析了中冷后温度对爆震的控制作用。

高功率密度汽油机超级爆震的机理与抑制策略

研究方法
采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，对高功率密度汽油机超级爆震的机理进行深入研究，并验证所提出抑制策略的有效性。
02
高功率密度汽油机超级爆震机理
超级爆震定义
• 超级爆震：在高功率密度汽油机中，由于气缸内局部高温、高压，导致火焰传播速度异常加快，使得燃烧过程出现异常强烈的冲击波和压力波，进而导致气缸内压力和温度急剧升高，发动机出现异常振动和噪声的现象。
超级爆震发生条件
高压缩比
高压缩比是超级爆震发生的基本条件之一。在压缩过程中，气缸内气体被压缩，温度和压力急剧升高，为超级爆震的发生提供了有利条件。
燃油自燃
在某些情况下，燃油在气缸内自燃，产生大量的热量和压力波，导致气缸内压力和温度急剧升高，进而引发超级爆震。
缸内局部高温
由于气缸内局部高温、高压，导致火焰传播速度异常加快，使得燃烧过程出现异常强烈的冲击波和压力波。
热力学模型
建立热力学模型，研究气缸内气体温度、压力等参数的变化规律，为超级爆震的机理研究提供理论支持。
动力学模型
建立动力学模型，研究发动机振动、噪声等参数的变化规律，为超级爆震的抑制策略研究提供理论支持。
03
高功率密度汽油机超级爆震的抑制策略
基于点火时刻控制的抑制策略
推迟点火时刻
通过推迟点火时刻，降低缸内燃烧速度，从而抑制超级爆震的发生。
高功率密度汽油机超级爆震的机理与抑制策略
汇报人： 2023-12-19
目录
• 引言 • 高功率密度汽油机超级爆震机
理 • 高功率密度汽油机超级爆震的
抑制策略 • 实验研究与结果分析 • 结论与展望 • 参考文献
01
引言

汽油机爆震研究

机由电火花点燃可燃混合气，形成火焰中心，并按一定的速率连续传播到整个燃烧室。在此过程中，火焰前峰以正常的传播速率推进，使处于最后燃烧位置上的终燃混合气受到压缩和热辐射作用，促进先期氧化反应加速并放出部分热量，终燃混合气温度不断升高，超过燃油的自燃温度，以致在正常火焰到达之前，形成新的火焰中心。因此，爆燃现象是终燃混合气的自燃。局部的终燃混合气自燃造成局部温度、压力急剧上升，在气缸内产生瞬间的显著压力不平衡。由此形成冲击性的压力波以极高的速
文章编号：１６７２ — ５４５Ｘ（２０１４）０９ — ０１８６ — ０３
近年来，随着汽车越来越普及，汽车的动力性、经济性和排放越来越受到大家的关注。提高汽车的动力性、经济性，可以增大点火提前角、增大压缩比，而这在一定程度上又增大了爆震倾向。汽油机爆震燃烧能引起发动机过热、高温下燃烧产物分解引起早燃，增加积碳。由于提高压缩比或点火过早，在气缸内产生急剧燃烧，发出一种金属敲击声或排气管冒黑烟。爆震也是一直困扰汽车工程师的一个难题，本文将对爆震的产生及原理进行分析，并提出汽油机各个参数与产生爆震的关系。
ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．９，２０１４
汽油机爆震研究
许绍工，覃妹健，李露露

关于发动机早燃爆震的研究报告

关于发动机早燃爆震的研究报告田红珍能动D312016年05月07日摘要为更加深入理解发动机非正常工作状态的表现、危害以及成因机理和规避措施，以本报告主要针对以两个问题进行了研究探讨：1、早燃爆震一般发生在哪些情况下？表现为什么，对发动机的危害有哪些？2、早燃爆震的机理是什么？关键词：早燃爆燃爆震超级爆震一、早燃爆震发生情况、表现及其危害1、现象及其本质①早燃：早燃与发动机的配气相位有关。

不同工况下发动机有不同的对应点火提前角，当实际燃气早于这个设定的点火提前角而提前燃烧，就是早燃。

②爆燃：爆燃，燃料的一种燃烧形式，是燃料与助燃剂混合后以亚音速的爆炸式燃烧。

在发动机里，通常指燃油与空气混合后，在高温高压的环境下以极大速率自行燃烧。

燃气燃烧过程中，主燃烧中心的燃气对周围产生压力，离燃烧中心较远的地方的混合气在压力的作用下提前燃烧，产生爆燃。

特点是温度和压力升高速度极快，有一定破坏力。

③爆震：狭义上的爆震，定义等同于爆燃。

爆震，发动机一种不正常的工作状态，泛指发动机气缸由于非正常点火造成的突发的非长时间持续的震动，用户可明显的感觉到发动机声响异常和震动，并且削弱发动机输出功率，升高温度，增加油耗，对发动机造成一定程度的损害。

爆震的特点是不需火花塞介入，混合气仍可被点燃或自行燃烧，表现形式大体分为两种：表面点火和爆燃。

然而值得一提的是点火过早现象，虽然还算不上爆震，但很多时候，点火过早会作为原因，造成表面点火和爆燃。

通常，这种异常燃烧现象极具破坏力，能在爆震循环内将内燃机相关零部件破坏失效，使得内燃机无法继续运转下去。

对于这种爆震，通过提高燃油辛烷值，推迟点火等措施暂时得以规避。

④超级爆震：随着增压比和功率密度的不断提高近，近年来新型燃烧方式和发动机小型化的广泛应用，这导致在缸内直喷和增压发动机上出现一种新的燃烧问题——超级爆震。

这是一种强烈的敲缸(engine knock)现象，该爆震发生时，缸压振幅可达25MPa；缸内峰值压力甚至可超过30 MPa，压力震荡幅度可超过20 MPa，震荡频率可达10kHz。

增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验

第29卷（2011）第5期内燃机学报 Transactions of CSICEV ol.29（2011）No.5收稿日期：2011-03-11；修回日期：2011-06-02。

基金项目：内燃机燃烧学国家重点实验室开放课题基金资助项目(K2010-04)；国家高科技发展计划“863”资助项目(2006AA110106).作者简介：张志福，博士研究生，E-mail ：zhangzhifu@.文章编号：1000-0909(2011)05-0422-0529-066增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验张志福1, 2，舒歌群1，梁兴雨1，刘国庆2，杨万里2，王志3(1. 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072； 2. 奇瑞汽车股份有限公司发动机工程研究院，安徽芜湖 241009； 3. 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084)摘要：在增压缸内直喷汽油机上发现了与普通爆震不同的异常燃烧模式——超级爆震，阐述了超级爆震的特征，对比分析了超级爆震与常规爆震和正常燃烧的基本不同．发生超级爆震时，最大爆压达到正常燃烧的2倍以上，并且通过推迟点火角不能抑制超级爆震的发生．在此基础上，初步研究了冷却水温度、进气温度、进气相位和过量空气系数等对超级爆震的影响．试验结果表明：降低冷却水温度，优化进气相位，可以一定程度抑制超级爆震；降低进气温度、改变过量空气系数，对超级爆震没有明显的影响．关键词：增压；缸内直喷；超级爆震；预燃中图分类号：TK401 文献标志码：ASuper Knock and Preliminary Investigation of Its Influences onTurbocharged GDI EngineZHANG Zhi-fu 1, 2，SHU Ge-qun 1，LIANG Xing-yu 1，LIU Guo-qing 2，YANG Wan-li 2，WANG Zhi 3(1. State Key Laboratory of Engines ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2. Engine Engineering Research Institute ，Chery Automobile Company Limited ，Wuhu 241009，China ；3. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ) Abstract ：Super knock was found on turbocharged GDI engine ，it is regarded as different pattern to thenormal knock. Differences of super knock ，normal knock and normal combustion were compared. Maxi-mum combustion pressure of super knock is double to that normal combustion. Super knock can not be eliminated by retarding spark advance angle. The effects of cooling water temperature ，intake tempera-ture ，intake v alv e timing and excess air ratio on super knock were inv estigated. Results show that low cooling water temperature and optimized intake valve timing lead to low intensity of super knock. Varia-tion in intake temperature and excess air ratio has no obvious effect on super knock.Keywords ：turbo-charging ；gasoline direct injection ；super knock ；pre-ignition涡轮增压(Turbo-charging )结合缸内直喷(GDI )，可以有效提升发动机瞬态响应，改善传统增压技术的响应延迟，由于直喷吸热使得缸内温度降低，充气系数提高 2%～3%，爆震倾向的降低可以使压缩比提高1～2，从而获得了燃油经济性和排放的大幅度改善，在节能和减排方面表现出明显的优势[1-2]．增压不仅在直喷柴油机上被证实是成功的应用，对于直喷汽油机来说可以显著地改进汽油机性能效果，使燃油经济性和CO 2排放达到柴油机水平，而且升功率可以达到100kW/L [3]．欧洲的汽车制造商和零部件供应商已经将汽油机涡轮增压加缸内直喷作为应对未来欧盟CO 2排放法规的主要技术配置，小排量增压缸内直喷汽油机可以替代大排量自然吸气汽油机，在保持性能持平或提高的基础上，由于增压发动机尺寸减小2011年9月张志福等：增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验 ·423·(Downsizing)，整机、整车重量减轻，发动机比功率提高，整车燃油经济性也得到改善．GDI发动机采用废气涡轮增压既可以实现发动机小型化，又兼顾了动力性和经济性[4-5]．大众汽车公司于2005年推出了首台增压缸内直喷汽油机，此后继续对该发动机进行性能提升，于2009年推出了高增压版本发动机，转矩增加至350N·m，功率增加至155kW．通用汽车公司于2009年推出全新的Ecotec 2.0L增压缸内直喷汽油机，最大功率为162kW，最大转矩为350N·m．可以预见，高增压缸内直喷汽油机将成为未来的技术发展趋势，目前包括大众、通用和福特等汽车公司以及A VL、FEV、Ricardo和SwRI等研究机构均在进行相关开发工作．由于发动机的性能提升显著，增压比相应提升，高增压缸内直喷汽油机出现了新的爆震模式———超级爆震(大众公司称为Super Knock，A VL 公司称为Mega Knock，名称不同，其实质仍为爆震)，上述公司和研究机构对此正在研究超级爆震的控制策略和控制方案，但截止目前相关报导较少．应用Downsizing策略后，发动机性能提升而排量减小，在低速高负荷工况下，除了要应对普通爆震问题，还有一种偶发的非正常燃烧，特征是极具破坏性，瞬时缸内压力甚至超过20MPa[6]．基于大众1.4TSI的研究发现在低速接近全负荷时出现了类似早燃的爆震，且通过推迟点火角无法避免[7]．A VL公司2009年的研究认为除了减少喷油量以降低功率密度之外，Mega Knock现象目前无法通过其它手段加以消除[8]．已有相关文章介绍通过不同的技术手段识别并避免超级爆震[9-10]，但由于产生机理仍不明确，这一现象仍是平均有效制动压力(BMEP)提升至2.5MPa以上的最大限制[11]．1试验设备与试验条件试验发动机为1.5 L增压缸内直喷汽油机，其主要技术参数见表1．供油系统为Bosch HDP5高压系统，系统压力为12MPa．燃烧系统采用侧置式喷油器，应用均质燃烧模式．试验在热力学开发台架上进行，使用A VL AFA250电力测功机和A VL INMI-MODUL 621型燃烧分析仪，气缸压力采用Kistler 6115BFD34型传感器．空燃比测量使用ETAS LA4-4.9-E型空燃比仪．台架测试系统示意如图1所示．台架试验用油参数见表2．试验方法参照GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》．表1试验发动机主要技术参数Tab.1Specifications of test engine参数名称/单位参数值型式直列4缸、4冲程、双顶置凸轮轴、缸内直喷、增压中冷及可变气门正时缸径/mm 78.5行程/mm 77.5压缩比10燃油系统 BoschHDP5系统标定功率/kW 120(5500r/min)最大转矩/(N·m)240(2000r/min)燃油 97#汽油图1试验系统示意Fig.1Layout of test bench system表2台架试验用油主要指标Tab.2Specifications of test fuel参数名称/单位参数值研究法辛烷值97.3氧的质量分数/% 1.85密度(20 ℃)/(g·cm-3)0.755 6m(C)/m(H) 6.8理论空燃比14.110%馏程/℃55.450%馏程/℃99.690%馏程/℃175.1终馏点/℃196.12超级爆震现象2.1超级爆震现象的表现特征图2为1.5 L增压缸内直喷汽油机的转矩特性，在进行发动机标定过程中，低速大负荷区域(图中实线所围区域)出现了一种异常爆震燃烧现象：发动机每隔几分钟会发生几次严重爆震，发生时明显听到尖锐的金属敲击声．这种异常爆震在发动机各缸均会随机出现，具有偶发性和间隔性．图3为第1缸和第3缸分别连续采集1,000个循环中含异常燃烧的100个连续循环的缸内压力，图中显示，捕捉到1缸发生一次异常燃烧，3缸发生2·424·内燃机学报第29卷第5期次异常燃烧．以3缸进行分析：发生异常燃烧的循环为第71循环和第72循环(见图4)，最大爆压非常高，达到正常燃烧最大爆压的2倍以上，可以判断此异常燃烧现象为超级爆震．将连续循环按曲轴转角叠加显示的压力曲线如图5所示，此工况下点火提前角设定在0°CA(燃烧上止点)，可以看出，发生超级爆震时，在火花塞点火之前缸内已发生了早燃，预燃烧使得火花点火时，缸内压力已有大幅度升高，缸压升高到一定程度后(10MPa)缸内压力出现高频巨幅震荡，压力波震荡频率约10kHz．图2发生超级爆震的工况平面Fig.2Running area of super knocka）第1缸b）第3缸图3含异常燃烧的100个连续循环Fig.3100 cycles with abnormal combustions2.2超级爆震与常规爆震和正常燃烧的区别图6给出了1.5 L增压缸内直喷发动机上测得的超级爆震、常规爆震和正常燃烧的单个循环的示功．由于增压汽油机在大负荷时容易发生爆震，常采用较浓混合气并推迟点火角．从图6可以看出，正常燃烧时过量空气系数为0.88，点火角为0°CA，缸压出现双峰：上止点时刻的压缩峰和上止点之后的燃烧峰，燃烧过程中最大爆压为6.2MPa，缸压曲线光滑．图4第3缸连续循环缸内压力指示Fig.4Pressure indication of 3rd cylinder图5超级爆震工况下的缸压Fig.5Cylinder pressure of super knock图6超级爆震、常规爆震和正常燃烧的比较Fig.6Comparison of super knock，normal knock and nor-mal combustion当点火稍微提前(－4°CA ATDC)，最大爆压达到9MPa以上，发生常规爆震．在最大爆压之后出现压力震荡，最大振幅为0.5,MPa，发出连续循环的敲缸声，原因是火花点火后火焰传播的过程中发生了末端混合气自燃．发生超级爆震的循环，点火提前角为0°CA，在火花点火之前，-30～-10°CA期间缸压开始脱离压缩线，说明在此期间出现了缸内早燃，缸压曲线升高较缓，到上止点后缸压迅速升高，到上止点后20°CA 缸压已到达10,MPa，此时缸内未燃混合气发生大面积同时自燃，局部缸压迅速升高到最大爆压14 MPa，并出现大幅压力震荡，最大压力波振幅达7,MPa，发2011年9月张志福等：增压直喷汽油机超级爆震现象与初步试验 ·425·出尖锐的金属敲击声．幸运的是，超级爆震每隔几分钟间隙性出现，否则一旦连续多次出现，发动机必然损毁．从该发动机大量超级爆震试验数据统计分析，连续出现超级爆震最多为2次．但从示功图也可以看出超级爆震产生极高的缸压和压力震荡的危害很大，限制了发动机功率密度的提升，因此是增压小排量汽油机亟待解决的问题．为了解决超级爆震问题，需要研究超级爆震的产生原因，以下就可能产生超级爆震的一些影响因素进行了初步探索．3运行条件对超级爆震的影响3.1进气温度的影响发动机转速为2000r/min，冷却水温度为90℃，进气压力为0.178MPa，过量空气系数为0.88，BMEP 为1.8MPa，改变增压中冷后的进气温度．进气温度由39℃降至30℃，但超级爆震现象并未消除，反而可能强度增加如图7所示，超级爆震诱发机理与常规爆震不同，不是由于末端混合气自燃引起．图7进气温度的影响Fig.7Influence of intake temperature3.2过量空气系数的影响发动机转速为2,000,r/min，进气温度为39℃，冷却水温度为90,℃，进气压力为0.178,MPa，BMEP为1.8MPa，过量空气系数φa由0.88增大至0.96，超级爆震未消除，爆震强度反而有增强趋势如图8所示．可见，超级爆震与混合气浓度关系不大．图8过量空气系数的影响Fig.8Influence of excess air ratio 3.3进气相位的影响发动机转速为2000r/min，进气温度为35℃，冷却水温度为90℃，进气压力为0.178MPa，过量空气系数为0.88，BMEP为1.8MPa，改变进气相位如图9所示．文献[7]指出，进气相位对超爆的发生有较明显的影响．进气相位变化，使得缸内残余废气量变化，改变了产生超级爆震的外部环境．试验中，当进气相位提前时，未出现超级爆震；推迟进气相位，超级爆震继续出现，主要原因可能是进气相位提前，增加了进排气门重叠角度，增压发动机利用新鲜空气扫气，减轻了缸内的热负荷，降低了燃烧室壁面温度，抑制了诱导超级爆震的早燃，使得超级爆震机率下降；随进气相位推迟，缸内环境变化，超级爆震发生的机率增大．图9进气相位的影响Fig.9Influence of intake timing3.4冷却水温度的影响发动机转速为2,000,r/min，进气温度为35℃，进气压力为0.178,MPa，过量空气系数为0.88，BMEP为1.8MPa，改变冷却水温度．随温度下降，超级爆震总体呈减弱趋势，见图10．当冷却水温由90,℃降至70℃，超级爆震消失．可见，超级爆震与缸壁温度有一定关系．但国际上也有冷却水温度降低导致超级爆震次数增加的试验结果，因此冷却水温对超级爆震的影响机制复杂，目前关于冷却水温度影响超级爆震的趋势国际上还未定论．图10冷却水温度的影响Fig.10Influence of coolant temperature·426·内燃机学报第29卷第5期3.5讨论通过上述试验可以发现，改变进气温度和过量空气系数不能抑制超级爆震，而冷却水温和进气相位对超级爆震有一定影响．超级爆震的诱因是火花点火前缸内部分混合气已发生预燃，缸内整体温度和压力升高，使得未燃混合气发生大面积自燃，从而导致局部缸压大幅度震荡，这种高频巨幅压力波冲击破坏了下个循环形成预燃的条件(如燃烧室内表面热点、缸内混合气浓度分层和缸壁机油油膜等)，使得下个循环为正常火花点火燃烧，而不是火花点火前出现预燃烧．预燃烧的形成可能与汽油的自燃特性、机油的自燃特性有关，也可能与汽油喷雾质量、燃烧室内表面的沉积物有关．总的来说，超级爆震产生的机理在国际上目前也并没有完全定论，需要进一步深入研究．4结论(1) 增压小排量缸内直喷汽油机在低速大负荷区域可能会出现一种超级爆震现象，具有偶发性和间隔性．(2) 超级爆震的特征为极高的爆压和压力波震荡，推迟点火不能抑制．(3) 改变进气温度、调整过量空气系数不能有效抑制超级爆震，而控制冷却水温度、优化进气相位可以起到抑制超级爆震的效果．(4) 超级爆震的诱因是火花点火前缸内已发生预燃，缸内整体温度和压力随之升高，使得未燃混合气发生大面积自燃，从而导致局部缸压大幅度震荡，这种高频巨幅压力波冲击破坏了下个循环形成预燃的条件．参考文献：［1］Alain Ranini，Gaetan Monnier. T urbocharging a gaso-line direct injection engine[C]. SAE Paper 2001-01-0736，2001. ［2］Bertrand Lecointe，Gaetan Monnier. Downsizing a gaso-line engine using turbocharging with direct injection[C].SAE Paper 2003-01-0542，2003.［3］Kluting M，Missy S，Schwarz C. T urbocharing of a spray-guided gasoline direct injection combustion system“a good fit?”[C]. JSAE Paper 20055412，2005. ［4］Bandel W，Fraidl G K，Kapus P E，et al. T he turbo-charged GDI engine：boosted synergies for high fueleconomy plus ultra-low emission[C]. SAE Paper 2006-01-1266，2006.［5］Henning Kleeberg，Dean Tomazic，Oliver Lang，et al.Future potential and development methods for high out-put turbocharged direct injected gasoline engines[C].SAE Paper 2006-01-0046，2006.［6］Vangraefschepe F，Zaccardi J M. Analysis of destructive abnormal combustions appearing at high load and lowengine speed on high performance gasoline engines[C].SIA Conference：the Spark Ignition Engine of theFuture-Strasbourg，28 and 29th，2007.［7］Jurgen Willand，Marc Daniel，Emanuela Montefrancesco.Limits on downsizing in spark ignition engines due topre-ignition[J]. MTZ，2009，70(5)：56-61.［8］Winklhofer E，Hirsch A，Kapus P，et al. T C GDI engines at very high power density-irregular combustionand thermal risk[C]. SAE Paper 2009-24-0056，2009. ［9］Alexander Hettinger，Andre Kulzer. A new method to detect knocking zones[C]. SAE Paper 2009-01-0698，2009.［10］Jean-Marc Zaccardi，Laurent Duval，Alexandre Pagot.Development of specific tools for analysis andquantification of pre-ignition in a boosted SI engine[C].SAE Paper 2009-01-1795，2009.［11］William P Attard，Elisa Toulson，Harry Watson，et al.Abnormal combustion including mega knock in a 60%downsized highly turbocharged PFI engine[C]. SAEPaper 2010-01-1456，2010.。

高功率密度汽油机超级爆震的机理与抑制策略研究

高功率密度汽油机超级爆震的机理与抑制策略研究增压直喷小型化是高效汽油机的主要技术路线,但会伴有偶发性的超级爆震。

超级爆震能在几个循环内损坏发动机,具有极大破坏性,其机理与抑制策略亟待研究。

已有结果表明,超级爆震的核心问题为早燃和爆轰燃烧,早燃为诱因,爆轰燃烧为破坏性根源。

目前针对早燃的机理与抑制措施已有大量研究,但对早燃诱发爆轰燃烧的机理和发动机中抑制爆轰燃烧进而彻底抑制超级爆震的控制策略尚未有充分认知。

本文围绕超级爆震中爆轰燃烧的机理和抑制策略开展了研究,并以常规爆震作为参照,对汽油机爆震燃烧(包括常规爆震和超级爆震)进行了系统性分析。

首先,基于增压汽油机和快速压缩机试验,研究了早燃时刻和初始热力学状态对爆震模式的影响,分析了无爆震燃烧、常规爆震和超级爆震的量化区分准则,并详细解析了超级爆震的燃烧过程和起爆模式。

试验结果表明,高进气压力下,早燃是超级爆震的必要非充分条件,早燃本身可以诱发无爆震燃烧、常规爆震和超级爆震等多种燃烧模式。

滞燃期和能量密度可作为量化区分准则,分别将无爆震燃烧和超级爆震从其它燃烧模式中区分开来。

超级爆震的燃烧过程可概括为:早燃压缩加热末端可燃混合气至自燃,自燃伴随的快速放热引发激波,激波通过与壁面、反应面或其他激波间的交互作用触发爆轰波。

超级爆震的起爆模式有激波反射触发爆轰、近壁面自燃触发爆轰、激波空间交汇触发爆轰和激波前锋面触发爆轰。

然后,根据发动机和快速压缩机的试验条件,采用一维可压缩多组分反应流动的数值模拟方法,分析了爆震燃烧的机理,提出了爆轰燃烧和超级爆震的理论抑制策略。

结果表明,超级爆震的燃烧模式为“爆轰燃烧”,常规爆震的燃烧模式为“超音速自燃性爆燃”或“亚音速自燃性爆燃”,无爆震燃烧的模式为“火焰传播”。

分层当量比、等能量密度稀释燃烧或稀薄燃烧、长滞燃期燃料、空气层等控制策略可抑制爆轰燃烧从而彻底抑制超级爆震。

最后,基于发动机和快速压缩机试验,研究了抑制常规爆震的策略,验证了超级爆震理论抑制策略的可行性。

爆震发动机研究进展

爆震发动机研究进展爆震发动机是一种具有高推重比、低成本、清洁环保等特点的新型发动机，其研究对于提升航空航天领域的技术水平具有重要意义。

本文将介绍爆震发动机的研究现状、方法和成果，并探讨未来的研究方向和前景。

爆震发动机是一种基于爆震波原理工作的发动机，利用燃料在点火后产生的爆震波来产生推力。

相较于传统发动机，爆震发动机具有更高的推重比、更低的成本和更清洁环保等优势，因此在航空航天领域具有广泛的应用前景。

然而，爆震发动机的研究也面临着许多挑战，如爆震波的稳定性、发动机材料和结构的设计等。

目前，国内外研究者已经取得了一些重要的研究成果。

例如，中国科学家在爆震发动机的燃烧机制方面取得了重要进展，提出了一种新型的爆震燃烧模型，有助于提高发动机的效率和性能。

此外，美国宇航局也开展了一系列爆震发动机的实验研究，探索了不同燃料和不同发动机结构对爆震波的影响，为爆震发动机的研究提供了重要的参考。

爆震发动机的研究方法主要包括实验研究、理论分析和数值模拟等。

实验研究可以通过真实发动机的测试获得实际数据，对研究结果进行直接验证；理论分析可以对爆震发动机的燃烧过程、推力产生机制等进行深入探讨，指导发动机的设计和优化；数值模拟方法可以通过计算机模拟实验过程，对发动机的性能和稳定性进行预测和评估。

三种方法各有优劣，应根据具体的研究需求进行选择和结合。

虽然已经取得了一些研究成果，但是爆震发动机的研究仍然存在一些不足之处。

首先，爆震波的稳定性问题仍然没有得到完全解决，影响了发动机的性能和可靠性；其次，爆震发动机的材料和结构问题也需要进一步研究和探索，以提高发动机的寿命和稳定性；最后，爆震发动机的应用范围还需要进一步拓展，以满足更多领域的需求。

未来，爆震发动机的研究将更加注重跨学科的合作和创新，涉及材料科学、燃烧学、动力学等多个领域。

此外，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，数值模拟将在爆震发动机的研究中发挥更加重要的作用，有助于解决实验和理论分析无法解决的问题，提高研究效率和准确性。

增压直喷汽油机超级爆震研究进展

ｅｎｇｉｎｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｉｌｅｅｎｇｉｎｅｓａｒｅｐｒｏｎｅｔｏｂｅｄｏｗｎｓｉｚｅｄａｎｄｔｏｏｕｔｐｕｔｈｉｇｈｅｒｐｏｗｅｒ，ａ
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中图分类号：ＴＫ４１ｌ文献标志码：Ａ文章编号：１６７３— ６３９７（２０１３）０５— ００５１ — ０７
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＳｕｐｅｒＫｎｏｃｋｉｎＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄＧＤＩＧａｓｏｌｉｎｅＥｎｇｉｎｅ
ｃａｕｓｉｎｇｐｒｅ—ｉｇｎｉｔｉｏｎｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｅｎｇｉｎｅｓａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｔｒｏｌ

增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略

摘要：普通增压汽油机在低速大负荷工况下，更容易产生一种由早燃引起的超级爆震，这种非正常燃烧现象-"超级爆震"对发动机的破坏性极大。

在台架上模拟高温环境，通过实验找出增压汽油机在高温下的早燃情况，然后通过实验找出解决汽油增压发动机在高温环境下的超级爆震问题。

结果表明当环境温度与进气温度升高后汽油增压机出现早燃的倾向比正常温度下明显要增多，需要综合调整点火提前角，空燃比和降低增压压力才能有效控制汽油机在高温下早燃发生的次数。

关键词：高温环境增压汽油机早燃控制策略中图分类号：U464.171文献标识码：A文章编号：2095-8234（2020）03-0032-04Experiments and Control Strategies of Pre-ignition ofTurbo-charged Gasoline Engines under HighTemperature EnvironmentHuang Ronghui ，Ren Yuxiang ，Zhong Xiangbo ，Xu LuAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.（Liuzhou ，Guangxi ，545007，China ）Abstract ：Turbocharged gasoline engine is easier to produce Super-knock caused by pre-ignition at low speed and high load conditions ，and the abnormal combustion phenomenon is greatly harmful to the en -gine.High temperature environment is simulated on the bench to trigger pre-ignition of the turbo-charged gasoline engine ，and to solve the super-knock problem through the experimental method under the high temperature environment.Results show that ，when the ambient and inlet temperatures rose up to a certain degree ，the tendency of pre-ignition significantly increased.The comprehensive adjustment of ignition ad -vanced angle and air-fuel ratio ，and decreasing of boost pressure can effectively control the frequency of pre-ignition at high temperatures.Keywords ：High temperature environment ；Turbocharged gasoline engine ；Pre-ignition ；Control strategy 增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略黄荣辉任宇翔钟翔波徐璐（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心广西柳州545007）作者简介：黄荣辉（1975-），男，硕士，工程师，主要研究方向为汽油机匹配。

关于汽油发动机爆震分析

Internal Combustion Engine &Parts0引言汽油发动机是以汽油作为燃料，将化学能转换为动能的发动机。

由于汽油发动机的转速高、质量轻、运转平稳、使用维护方便。

因此，在小型汽车上汽油发动机得到了广泛的应用。

由于汽油发动机自身因素和外部因素的影响，在使用的过程中发生爆震等现象，进而影响到汽油发动机的使用性能。

爆震对汽油发动机的发展十分不利。

为推动汽油发动机的发展，需要对汽油发动机爆震有效控制！本文拟通过分析爆震的影响因素，对爆震的检测方法和具体的控制进行研究分析。

1汽油发动机与爆震汽油发动机要提高化学能向动能的转换效率，就要提高对燃料的有效利用。

由于不同因素的影响，在燃烧的过程中发生爆震现象，从而影响到发动机的性能提升和正常使用。

1.1汽油发动机的爆震现象爆震现象是在燃烧室内火焰传播过程中，部分远离火花塞的没有燃烧的混合气被已经燃烧的混合气膨胀压缩，使局部混合气先于正常火焰前锋发生自燃，形成多个火焰核心，产生后继性缸压振荡。

此时，燃烧所产生的巨大冲击力导致燃烧室内压力回波声速达~1000m/S （正常火焰前锋传播速度在10到50m/S 之间）。

气缸内的燃烧压力如图1所示。

1.2爆震对汽油发动机的影响轻微的爆震对发动机不会有太大的影响，强烈的爆震会对发动机带来危害。

爆震发生时，气缸内燃烧的放热率会剧增，导致燃烧温度剧增，给燃烧室各部件的受热面带来额外的热负荷；爆震发生时，气缸内的压力升高率也会剧增，给活塞等运动部件带来过高的机械负荷。

同时由于爆震的产生是因局部的提前自燃引起，局部的压力剧增会导致活塞受力不均匀，加剧运动件的磨损，产生强烈的振动、噪音。

这些都会缩短发动机的使用寿命。

此外，当爆震发生时，排放恶化，油耗增加，动力下降等这些都会对汽油发动机的性能产生十分消极的影响。

2汽油发动机爆震影响因素汽油发动机爆震的影响因素主要分为：点火角、压缩比、冷却水温度、空燃比、燃料。

直喷增压发动机爆震的研究

摘要：增区喷发动机｝］前成为市场主流，爆震是限制增血喷发动机热效率的主要冈素。我们主要对发动机爆震的现
象，爆震与早燃的区别，爆震的产生机理进行了深入的分析研究，对爆震产乍的危害进行阐述，并从多角度、多维度对爆
１爆震现象
爆震足南］：发动机气缸内混合气不正常燃烧所导致。普遍认为末端混合气自燃是导致爆震的原闪。与此同时，末端气体的白燃伴随着快速大量的放热，产生极高的缸内压力，从而激发冲击波。这种非正常的燃烧，由于多个燃烧火焰锋面的碰撞和瞬问高压，会造成活塞、连杆和轴承的共振…。如
０前言
随着国内汽车＿１业的快速发展，汽车已经由奢饰品逐渐演变为家庭必须品，进入了每一个家庭。同时国家也在积极推动汽车Ｔ业发展，为更好的促进汽车Ｔ业发展，国家于２０１６年１２月２３日发布了中国第六阶段《轻型汽４＝＝污染物排放限值及测量方法》，并提出２０２０年乘用车新车平均油耗５．０
２．Ｚｈｅｊｉａ￣１ｇＧｅｅ１ｖＲｏｙａｌＥｎｇｉｎｅＣｏ．，ｌ，ｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ３１５８００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｏｒＴＧＤＩｅｎｇｉｎｅｂｅｃｏｍｅｓｐｏｐｕｌａｒｉｎｔｈｅｖｅｈｉＩｄｅｍａｒｋｅ１．ａｌｌｄｋｎ‘ｎＭｎｇｉｓｔｈｅｍａｉｎｌｉｍｉｔｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＴＧＤＩｅｎｇｉｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｋｔｕｋｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｍ’ｅｎｃｅｂｅｌｗｅｅｎｋｎｏｃｋｉｎｇ；ａｎｄｐｒｅ—ｉｇｎｉｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｋｎｏｔ：ｋｉｎｇａｒｅｄｅｅｐｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｆｔｅｓｃ：ｒｉｐｔｉｏｎｏｆｋｎｏ￣。ｋｉｎｇｄａｍａｇｅａｎｄｔｈｅ（１ｅ｜ａｉｌｅｄｒｅａｓｏｎｓｃａｕｓｉｌｉｇｋｎｏｃｋｉｎｇｉｎｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓａｎｄｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏａｖｉｒｉｄａｎ‘１ｐｒｅｖｅｎｔｋｎ，ｎｋｉｎｇａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｔｈｅｅｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｋｎｏｃ‘ｋｉｎｇ；ｐｌ’ｔ－ｉｇｎｉｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅｏｉｌ：ｋｆｌｔｌ（’ｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉ￣ｓ：ｉｇｎｉｌｉ￣）ｌ１ｔｉｍｉｎｇ；ｔ’ｏｍｈｕｓｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒａｔｉｏ

利用扫气抑制增压直喷汽油机“超爆”的研究

利用扫气抑制增压直喷汽油机“超爆”的研究贾志超;朱航;张扬军;王伟;杨万里【摘要】Super-knock is an abnormal combustion mode of turbocharged gasoline engine .The abnormal combustion occurs spontaneously before spark ignition ,but is different from homogeneous charge compression ignition (HCCI) .Based on the con-dition of super-knock ,the method of removing super-knock condition partly by decreasing the temperature of mixed gas with scavenging was put forward .Furthermore ,the effects of suppressing super-knock by scavenging were compared under different strategies of valve timing .The results show that scavenging can suppress the super-knock effectively .Compared with the late opening and closing control strategy of intake and exhaust valves ,their early opening and closing strategy has a better effect on super-knock suppression .%“超爆”是增压汽油机的一种异常燃烧模式，这种燃烧在火花塞点火之前自发着火，但又不同于 HCCI （汽油机均质压燃）燃烧。

增压汽油机早燃在线检测与诊断

增压汽油机早燃在线检测与诊断
童孙禹;贺孝愚;邓俊;李理光
【期刊名称】《同济大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(044)010
【摘要】基于缸内离子电流检测技术,在一台增压进气道多点喷射汽油机上研究了进气温度、负荷、点火提前角、空燃比对于早燃发生频率的影响.试验结果表明,在一定范围内提升进气温度并不会增加早燃发生频率,增大负荷及增大点火提前角将会增加早燃发生频率,缸内混合气加浓将有效抑制早燃发生频率但是会增加油耗.采用的离子电流检测技术,可以实时快速检测早燃循环.并与缸压阈值法相比,离子电流信号判断早燃更准确,能够识别全部早燃循环,包括燃烧压力较小的早燃循环,同时离子电流检测法能够在上止点前25°CA检测到早燃发生的特征信号,这为发动机采取早燃消除方法提供了技术可能.
【总页数】8页(P1609-1616)
【作者】童孙禹;贺孝愚;邓俊;李理光
【作者单位】同济大学汽车学院;同济大学中德学院,上海200092;同济大学汽车学院;同济大学汽车学院;同济大学中德学院,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】TK417
【相关文献】
1.机油诱发增压汽油机早燃的多维模拟 [J], 王方;王志;齐运亮;刘永峰
2.关于消除米勒循环增压汽油机早燃现象的研究 [J], 叶伊苏;王金石;刘鹏;赵明祥;姚克甫;程梁柱
3.增压直喷汽油机的低速早燃特性研究 [J], 陈志豪; 范亚东; 吴晓东; 许敏; 李雪松
4.增压直喷汽油机低速早燃问题研究 [J], 李智博; 蔡自杰
5.增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略 [J], 黄荣辉;任宇翔;钟翔波;徐璐因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

利用二次喷射抑制增压直喷汽油机超级爆震的试验研究_张健

优化二次喷射工作分为两步：首先选择二次喷射中后喷的最佳截止相位，其次是优化二次喷射中后喷的喷油比例。３．１单次喷射喷油相位和燃油轨压的优化
优化单次喷射喷油相位就是选择最佳进气行程
· ５８ · 车用发动机２０１３年第４期
似的变化趋势，随着二次喷射截止相位的增大，烟度逐渐减小。其中，在１２００ｒ／ｍｉｎ全负荷点，θＥＯＩ为８０°时烟度达到最小值，但在θＥＯＩ为９０°时又有所增加。而转速为１６００ｒ／ｍｉｎ和２０００ｒ／ｍｉｎ的全负荷点均为９０°时烟度最小。
表１试验用发动机主要参数
缸径／ｍｍ
７５
排量／Ｌ
１．４９９
行程／ｍｍ８４．８
点火顺序
１－３－４－２
缸心距／ｍｍ８３
配气系统ＤＯＨＣ、进排气ＶＶＴ
连杆长度／ｍｍ１３３．８６喷油器位置
燃烧室侧向
压缩比
９．８∶１喷油器类型
６孔式
试验在配置有冷却水恒温系统和燃油恒温系统的ＡＶＬ电力测功机试验台上进行，发动机进排气侧、冷却系统和燃油系统均安装有压力和温度传感器，试验设备见图１。试验过程中，ＩＮＣＡ５．４通过过程及结果分析
前期的试验结果表明，增压缸内直喷发动机超级爆震发生在低速全负荷区域，因此，试验的转速范围选定为１２００～２０００ｒ／ｍｉｎ。考虑到燃油压力影响燃油的雾化质量［９］，而二次喷射（主喷＋后喷）中主喷将沿用单次喷油时的相位，因此，在验证二次喷射对超级爆震影响之前，必须优化发动机燃油轨压和单次喷射的喷油相位。