邵永松

（鎮(zhèn)江潤欣科技信息有限公司 212009）

論汽缸燃燒殘留氣體對汽車發(fā)動機空燃比評估的影響

邵永松

（鎮(zhèn)江潤欣科技信息有限公司 212009）

發(fā)動機測試技術是發(fā)動機研發(fā)過程中必不可少的一項關鍵技術。當前，國內(nèi)對于發(fā)動機性能分析評估系統(tǒng)的研究起步較晚，與國際水平相比還有較大差距?；诖耍疚脑趯ζ嚢l(fā)動機性能分析評估系統(tǒng)詳實把握的基礎之上，通過分析目前發(fā)動機評估分析系統(tǒng)存在的缺陷，深入探討了汽缸燃燒殘留氣體對汽車發(fā)動機空燃比評估的影響，并進行了相關的實驗測試分析，使得后期對發(fā)動機的性能評估更加準確。

發(fā)動機；空燃比評估；燃燒殘留

引言

目前隨著技術的發(fā)展，國際化水平的發(fā)動機燃燒性能評估系統(tǒng)現(xiàn)已達到高準確度、靈敏度以及適用性強等水平，現(xiàn)代化以及專業(yè)化水平得到極大程度上的提升。相比較而言，國內(nèi)對于汽車發(fā)動機燃燒性能評估水平較國際先進水平還有較大差距，究其原因是，目前國內(nèi)尚無綜合性汽車發(fā)動機性能測試設備廠商，對于汽車發(fā)動機的性能測試大多靠引進國外先進測試設備來完成，缺乏自主創(chuàng)新化研究；且評估測試方法也有一定的局限性，準確度及效率較低。同時，在國內(nèi)現(xiàn)有的發(fā)動機性能分析系統(tǒng)中，一般不考慮汽缸內(nèi)殘留氣體對下一次燃燒的影響，對每個周期空燃比的計算不夠精確。而空燃比是性能分析中的重要參數(shù)，不考慮其變化的計算將導致后續(xù)的性能分析結果不能真實反映實際工況，從而導致對發(fā)動機的性能評估出現(xiàn)誤差，最終嚴重影響發(fā)動機的出廠質(zhì)量。

1 汽車發(fā)動機性能分析評估

汽車發(fā)動機性能分析評估系統(tǒng)主要包括下列評價指標：動力性能指標（包括有效功率、有效轉矩、發(fā)動機轉速及活塞平均速度等）、經(jīng)濟性能指標（包括有效熱功率及有效燃油消耗等）、強化指標（包括升功率及強化系數(shù)等）、有害物質(zhì)排放指標（包括CO、HC、NOx及微粒等）、其他運行性能指標（包括噪聲及冷起動等）以及使用性能指標（包括可靠性、耐久性及便捷維修特性等）。

一般來說，發(fā)動機綜合性能分析系統(tǒng)包括運行信息的捕獲、處理、計算機及測控分析等內(nèi)容。其中，信息捕獲系統(tǒng)的任務是用各種傳感器拾取發(fā)動機被測點的信號參數(shù)值；信息預處理系統(tǒng)是發(fā)動機綜合性能計算機檢測系統(tǒng)的關鍵部分，其作用相當于多路測試系統(tǒng)中的多功能二次儀表的集合，它可將測控系統(tǒng)中的所有傳感器輸出信號經(jīng)衰減、濾波、放大、整形后輸入計算機的高速輸入端。此外，發(fā)動機上裝配的傳感器是控制和判斷發(fā)動機故障的關鍵部件，但其輸出的電信號千差萬別，無法直接被計算機應用，可通過發(fā)動機綜合性能計算機檢測系統(tǒng)的信號處理系統(tǒng)處理后轉換成標準的數(shù)字信號送入計算機。

2 汽缸燃燒殘留氣體對汽車發(fā)動機空燃比評估的影響

汽車發(fā)動機空燃比即為氣缸燃氣中空氣質(zhì)量A與燃料質(zhì)量F間的混合配比關系：A/F（A：air-空氣，F(xiàn)：fuel-燃料）?？杖急仍诎l(fā)動機燃燒性能評估系統(tǒng)中發(fā)揮重要的功效，它對尾氣排放、發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性都有很大的影響。

在實測分析過程中，為保證較高水平的廢氣催化率，要求排氣管內(nèi)安裝氧傳感器等數(shù)據(jù)采集設備并可實現(xiàn)閉環(huán)控制，氣體中氧氣濃度可由氧傳感器采集得到，同時將采集的信息進行預處理，以電信號的形式通過ECU對發(fā)動機的空燃比進行一定的控制，最大限度接近理想情況。如果空燃比過高，會極大地影響氮氧化物轉化率，而對于CO和HC的轉化率略有提高，所以發(fā)動機的空燃比需通過正常的氧傳感器使其控制在一定的合理范圍內(nèi)。如果燃油中含鉛、硅就會造成氧傳感器中毒。此外，若設備使用不當，還會造成氧傳感器積碳、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內(nèi)部線路斷脫等故障。氧傳感器在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的數(shù)據(jù)采集作用，其性能直接影響著發(fā)動機空燃比的控制水平以及排氣性能，氧傳感器功效的缺失將極大地減弱催化轉化器效率，長期性的功能缺失也會降低催化轉化器的使用期限。

在發(fā)動機實際工作過程中，氣缸內(nèi)由于燃燒不完全的燃油以及竄入燃燒室的機油與外部其它雜質(zhì)在氧氣和高溫作用下，凝聚在燃燒室壁面及活塞頂部，形成燃燒殘留，積碳其厚度可達幾毫米。不宜傳熱，溫度較高，在進氣、壓縮過程中不斷加熱混合氣，使溫度升高很快；考慮燃燒殘留自身體積影響，占據(jù)燃燒器內(nèi)相應位置，使系統(tǒng)壓比上升，在一定程度上擴展激冷區(qū)域，進而使HC排量上升。這種現(xiàn)象在發(fā)動機冷啟動、怠速和暖機時對于碳氫化合物的排放量影響較大；同時壓縮比的升高，使得最高燃燒溫度增加，氮氧化物的排放量增加，這些因素也都會促使爆燃傾向增加；此外，較高的溫度下，發(fā)動機表層易產(chǎn)生熾熱點，導致點火現(xiàn)象發(fā)生，引發(fā)安全事故。

3 本項目研究進展

（1）吸入新氣量是對吸氣口等的傳熱，殘留的氣體在風向倒轉和再吸入期間在氣缸內(nèi)的傳熱，而新氣吸入期間會在氣缸內(nèi)傳熱。通常來說，所有吸氣對活塞工作過程中都是有影響的。

（2）上述的影響對于吸氣口的傳熱影響最大為30%左右，在發(fā)動機全開的情況下，氣缸內(nèi)的傳熱影響在±1%左右，而低負荷時為+5%左右，同時該影響對新氣量也有一定作用。

（3）采用新的計算方式，用實際測量值，通過提高吸入新氣量的精度，可對過程中的動態(tài)空燃比進行精確的計算。

本項目通過模擬技術從每次實時的計算中得到本次殘留的可能情況，同時通過實時的采集得到殘留的數(shù)據(jù)，再通過綜合分析得到實際的殘留工況，結合下次采集的數(shù)據(jù)，計算空燃比的動態(tài)變化過程，使用動態(tài)的高精度空燃比進行分析計算。該計算方式在分析精度上要遠遠超出使用現(xiàn)有方法計算的系統(tǒng)，使得對發(fā)動機的性能評估更加準確。

通過考慮殘留工況，在ECU的控制發(fā)動機的控制策略上（控制點火時間和噴油量），提高了空燃比的計算精度，也提高了熱平衡的計算精度。試驗證明，與原來的控制策略相比，本項目可減少（CO等）排放量4%左右。

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2016-3-1