天然气发动机爆震检测及控制方法研究.pdf
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1、第4期(总第19 2 期)2023 年11月现代车用动力MODERNVEHICLEPOWERNo.4(serial No.192)Nov.2023doi:10.3969/j.issn.1671-5446.2023.04.009天然气发动机爆震检测及控制方法研究周树艳1-2,龚笑舞1-2,赵曼泓1-2,陆运佳1-2,周奇12,杨琛1.2(1.中国一汽无锡油泵油嘴研究所,江苏无锡2 140 6 3;2.一汽解放商开院动力总成前瞻技术研究部,江苏无锡2 140 6 3)摘要:天然气发动机爆震问题严重影响发动机的稳定性和安全性。爆震控制是天然气发动机控制系统的核心模块,相比柴油机控制系统,可参考经验非
2、常少。相关的仿真结果显示高精度爆震控制能有效提升整机热效率;而天然气自主控制系统开发中缺乏爆震控制模块的技术,且后期台架性能试验中不具备自主标定爆震控制的能力,寻求供应商标定服务技术支持费用昂贵。综合种种因素,天然气发动机爆震控制技术研究显得非常有必要。对比分析了不同爆震信号的检测方式,爆震信号的处理、判断以及爆震控制的逻辑,简要阐述了爆震标定的流程。关键词:爆震控制;爆震标定;爆震信号中图分类号:TK434.6Research on Knock Detection and Control Methods of Natural Gas EngineZHOU Shuyane,.CONG Xiao
3、wu,ZHAO Minlhong,U Yunjia,ZHOU Ore YANG Chen.(1.FAW Wuxi Fuel Injection Equipment Research Institute,Wuxi 214063,China;2.Powertrain Advanced Technology Research Department,FAW Jiefang Commercial Vehicle Development Institute,Wuxi 214063,China)Abstract:The knock of natural gas engines seriously affec
4、ts the stability and safety of the engine.Knock control is the core module ofnatural gas engine control systems,and compared to diesel engine control systems,there is very little reference experience.The rele-vant simulation results show that high-precision knock control can effectively improve the
5、overall thermal efficiency of the engine.Thereis a lack of technology for knock control modules in the development of natural gas autonomous control systems,and in the later stageof bench performance tests,there is no ability to independently calibrate knock control.Additionally,the cost of providin
6、g customizedservice technical support is expensive.Considering various factors,it is necessary to study the knock control technology of natural gasengines.It compares and analyzes the detection methods of dfferent knock signals,the processing and judgment of knock signals,thelogic of knock control,a
7、nd briefly explains the process of knock calibration.Key words:knock control;knock calibration;knock signals文献标志码:A文章编号:16 7 1-5446(2 0 2 3)0 4-0 0 38-0 5引言爆震是发动机的一种异常燃烧现象 。简单来说,当发动机气缸内的压力和温度升高时,混合气体非正常点火爆燃,导致发动机剧烈振动,这种现象叫做爆震。从专业上讲,发动机吸入燃料和空气的混合气,压缩冲程活塞没有到达设计的点火位置,而是各种控制之外的因素(如高温或高压)导致混合气自行燃烧。此时燃烧产生
8、的巨大冲击力与活塞运动方向相反,引起发动机振动。爆震现象,通常表现为发动机内各种不规则的金属敲击声,比如当当、喔喔、咔,还有可能引起发动机晃动,甚至车身明显晃动。爆震的主要危害有发动机排放恶化、动力下降、噪音增大、油(气)耗增加、车辆舒适性变差等。严重时还会造成发动机敲缸、发动机熄火、发动机机械零件损坏2 。引起爆震的主要原因有:燃油清洁度不足;点火角过大;发动机温度过高;发动机燃烧室积碳过多;空燃比不正确;燃料的辛烷值太低3*收稿日期:2 0 2 3-0 7-2 3作者简介:周树艳(19 8 1一),女,江苏连云港人,高级工程师,目前主要从事电控共轨系统的研发工作。2023年第4期1爆震产生
9、的原理在正常的燃烧中,燃烧唯一的来源是定时的火花,火焰的前锋完全横穿燃烧室,且火焰传播是相对均匀一致的。若不满足上述条件的为异常燃烧,包括火焰不能完全消耗混合气(部分燃烧和失火),火焰前锋点火比火花塞点火提前或滞后,如在燃烧室的过热点,部分或全部混合气以极高的速率燃烧,则产生爆震。在爆震情况下,因为末端混合气中所含化学能的快速释放,燃烧过程是不正常的。图1各种燃烧情况缸压曲线中,1号曲线为早燃,2 号曲线为爆震燃烧,3号曲线为正常燃烧,4号曲线为延迟燃烧(会导致缸压低和排温的升高)。缸压周树艳,等:天然气发动机爆震检测及控制方法研究39器的原始信号,2 条竖线之间为爆震窗口。其中1缸有爆震,2
10、 缸和3缸没有爆震。图2 d中上半部分是经高通滤波后的缸压传感器信号,下半部分是用爆震传感器测得的爆震原始信号。从图中可以看出,当有爆震产生时,用缸压传感器或者爆震传感器都能检测到异常振动信号。a独立式缸压传感器4b集成式缸压传感器曲轴转角图1各种燃烧情况缸压曲线爆震产生的原因跟发动机本体的设计也有关系,包括燃烧室设计(缸径、行程、压缩比、形状、挤流比等)、火花塞位置、涡流比。另外,在发动机运行期间,发动机的运行参数(进气温度、缸壁温度(水温)、进气压力、点火角、燃料质量分数、辛烷值、发动机转速等)也会导致爆震的产生。轻微的爆震有利于发动机热效率的提升,强烈爆震会造成各种危害。因此,对于爆震,
11、既要抑制又要利用42爆震信号的检测爆震信号的检测方式主要有3种,即缸压传感器检测、爆震传感器检测和离子电流检测。2.1缸压传感器检测发动机产生爆震时,缸内压力会急剧升高,并产生高频、大幅的波动,使用缸压传感器检测缸压信号的变化是最直接的爆震检测手段。缸压传感器有独立式和集成式2 种,如图2 a、图2 b所示,独立式缸压传感器需要在缸盖上打爆压孔进行安装;集成式的缸压传感器上面带有火花塞,不需要另外在缸盖上打爆压孔。图2 c中的3条曲线为3个缸压传感109F8F76F543F北-100102030元40506070 80曲轴转角/)c缸压信号6F田审42020-10010203040506070
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