专题

五种方法分析异常燃烧现象

 

汽油发动机的燃烧过程极为复杂,单纯的缸压分析并不足以解释所有的燃烧现象。如何能避免错误判断燃烧现象,是每个工程师都想问的问题。最近的研究报告指出,可通过多种燃烧分析测试技术,结合各项数据进行分析,从而更深入了解异常现象的产生和发展过程。

 

1. 利用传统的缸压分析方法了解燃烧的基本情况

使用压力传感器测量发动机缸内压力,对于正常燃烧现象的分析是比较有效的方法。由于在异常燃烧现象 ——如爆震发生时,传感器的安装位置对测量结果有很大的影响,缸压信号并不一定能够准确地判断出异常燃烧现象的发生,需要通过其他手段确定异常燃烧的起因。

 

2. 利用离子电流检测确定是否发生早燃现象

在发动机燃烧时,火花塞电极间产生离子电流。通过测量离子电流,可实时检测在点火之前是否产生电流,从而准确判断是否发生早燃。如下图所示,可看到在点火信号之前3°产生了离子电流(早燃),而在缸压信号中很难判断是否产生了早燃现象。

图 1:早燃现象通过缸压传感器和离子电流检测的信号比较

 

3. 利用光纤火花塞确定早燃和爆震的产生位置

在火花塞中加入光纤,可以采集燃烧火焰辐射的光信号。下图为集成了12根光纤的火花塞所显示的光电信号。根据不同位置的光纤信号的变化先后顺序,可确定早燃和爆震的产生位置。

图 2:爆震现象通过光纤检测到的信号

 

4. 使用碳烟指数来分析碳烟现象

将产生碳烟时的燃烧火焰信号与没有产生碳烟时的信号进行比较,计算得到碳烟指数Soot Reference Number (SRN)。碳烟指数的大小表征了燃烧状况及产生碳烟的程度。另外,根据燃烧室内不同位置的碳烟指数,可以判断碳烟产生的位置。

 

图 4:碳烟现象于光纤信号的表征
图 5:不同发动机运行参数下的碳烟指数

 

5. 使用近红外技术定位早燃位置

利用近红外相机测量缸室内零部件(如活塞、气门和缸盖)的热辐射,实时测量发动机部件在燃烧运行工况下的缸 内温度。利用其生成的全景温度分布图和温度发展曲线,可检测如因表面点火引起的如局部早燃等不规则燃烧现象, 并预判发动机局部在不堪热负荷和热应力下受损的风险。

 

图 6:温度分布图

 

 

本文摘自李志峰先生(Sonus Technologies声运技术)与 Dr. Wytrykus(德国SMETEC公司)于2017 年 10 月 25 日举办的《2017 中国汽车工程学会年会暨第19届亚太汽车工程年会》- CT1 先进汽油机技术分会场的专题报告。  

 

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