發動機「超級爆震」是怎樣的現象?與普通發動機爆震有什麼區別?
謝邀。因為平時工作語言是日語為主,初看時不知道超級爆震是什麼東西,然後去查了下超級爆震的相關文章後發現其實我工作中正好碰到過這種現象,正好可以答一下。先答題。第一個問題,貼下剛剛看的文章里的解釋,已經很到位了。
超級爆震不同於常規汽油機爆震敲缸,超級爆震一般在火花點火之前出現早燃,最大爆壓遠遠高於正常燃燒壓力,並發生大幅壓力振蕩,極易對發動機造成致命性損壞,是目前增壓直噴汽油機提高升功率和降低燃油消耗率遇到的主要障礙。&<1&>
第二個問題,最大的區別就是普通爆震是點火後遠端混合氣在火焰沒有傳播到的時候發生自燃,而超級爆震是點火前就發生早燃。看圖會比較容易懂。(要不是公司不讓往外帶任何資料我直接把前段時間的報告一貼就完事兒了……)
(圖同樣出自&<1&>)然後其他的差別就是定義里的超級爆震時的缸內壓力壓力遠大於普通爆震,還有幾點文中沒有提到的就是一旦發生後有連續發生的傾向以及部分常規抑制爆震的方法對超級爆震不一定有效,比如超級爆震發生後再進行點火遲角。
&<1&>《增壓直噴汽油機超級爆震的不同抑制方法》——內燃機學報第32卷(2014)第1期
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題答完了,我還是照例分享一些實際工作中遇到的問題。
超級爆震我司把它叫做プレイグ,即preignition,不知道國際上是不是都這麼叫。
當初碰到它的時候我是在做高溫下積碳發動機在特定節氣門開度加速時爆震消除電控邏輯的標定實驗(其實就是在最嚴酷的情況下也不讓發動機爆震的邏輯),做到進氣溫70℃水溫100℃左右的時候突然發動機發生連續不可消除的異響,事後在差不多條件下再現了幾次取完數據一看結果發現是超級爆震。
之後就是為了消除它做一系列的再現,分析,增加相應電控邏輯對應此問題等等一系列的工作,前前後後花了差不多一個多月,最後總算是差不多搞定了。
由於我是發現者,所以基本上的工作都是我擔當,其中最苦逼的就是一旦發生超級爆震後好不容易做的積碳發動機上的積碳大部分都會被吹飛,每做一次積碳發動機(特定工況連續運轉一百多小時)只能重現沒幾次超級爆震,光是來來回回做積碳發動機就花了有兩個星期左右的時間。
不過通過一系列實驗我們大概也掌握了容易發生超級爆震的條件。
1,高進氣溫高水溫易發生,具體幾度以上會發生就不寫出來了,估計涉及保密問題。
2,低轉速下易發生,具體多少轉也不寫了。
3,積碳嚴重的發動機易發生,另一台沒積碳的就不會出現超級爆震。
於是從結果倒推原理的話其實它和普通爆震產生的條件和機理差別應該不大,普通爆震之所以會突變成超級爆震應該是超過了一定的臨界溫度和缸內壓力,具體是多少應該和發動機設計有關。
畫個圖簡單描述下突變前的爆震變化情況。
(不要在意為什麼每次點火間隔不一樣,我用滑鼠畫的圖就不要吐槽了好嗎!)
最後說一下我們實驗中採取的幾種解決方法1,多噴油(降溫)2,調整氣門正時(改變掃氣)3,在發生連續普通爆震時點火遲角(提前消滅超級爆震成因)最後具體是用了哪一種或者是哪幾種限於保密協議就不公開了,而且不同發動機差別應該較大也沒有什麼參考價值,大家抓住思路就好。關於超級爆震我補充我的一點愚見,歡迎交流補充:
關於什麼是超級爆震,文川兄已經解釋的很清楚了,說得很好,我就不再闡述。關於超級爆震的機理:
超級爆震也是近年來才有所研究,國內清華大學研究比較多,其他學校很少。超級爆震的機理目前眾說紛紜,還沒有確切的說法。而且,超級爆震跟普通爆震是不一樣的,超級爆震發生在點火之前,所以很普通爆震不一樣。
目前流行的是熱點論。熱點論:
熱點:即缸內某處的熱點,在火花塞點火之前,點燃了混合氣,形成超級爆震。熱點有以下幾種:1、積碳。聚集在缸內某些部位上的積碳或者懸浮在缸內的碳粒可能成為熱點,在缸內溫度較高時,這些積碳會引燃混合氣。2、部件。缸內部件比如火花塞,氣門等在缸內溫度很高時會處於高溫狀態,同時如果缸內有積碳也會影響到氣缸換熱過程,從而造成某些部件溫度較高,使周圍混合氣達到自燃溫度。3、機油。機油的燃點只有200多度,比汽油的燃點低多了。因此缸內若有懸浮的機油液滴,也是會引起混合氣自燃的,缸內機油液滴來源有多種可能;第一:噴油過程中,燃油碰壁會打破在缸壁上的機油膜,使機油掙脫而出;
第二:油環張力不夠,機油從油環泄露到氣缸中;第三:從曲軸箱中蒸發的機油蒸汽,通過碳罐控制閥進入到進氣系統,從而進入缸內。如圖:是機油對超級爆震的影響這些都是可能引發超級爆震的點,不同的機型可能原因不同。但是有一條,缸內溫度必須足夠高,因此超級爆震一般發生在大負荷。超級爆震解決方法:
跟文川兄的討論讓我意識到,可能超級爆震並沒有通用的解決方法。也只是具體機型具體解決。因此各家的機型各有千秋,設計的差異使得解決方法也不一樣。比如:大眾和奇瑞對冷卻水影響超級爆震的結論剛好相反;AVL又認為減少噴油,降低功率密度是唯一解決方法,其他都不奏效;總之,方法無非集中在設計之初,優化噴油器與燃燒室匹配;或者從控制進氣溫度,冷卻水溫,機油泄露量,過量空氣係數,殘餘廢氣係數,EGR。兩次噴射,掃氣控制等等,具體哪條有用,你們家發動機說了算。
如圖是各參數對爆震的作用:文獻來源:Abnormal Combustion in a Highly Boosted SI Engine - The Occurrence of Super Knock如有錯誤,歡迎指出!這段時間正在和某OEM做超級爆震的控制研究。不認同其他答案對超級爆震機理和普通爆震機理相同的判斷。
1、什麼是超級爆震。
之前的答案說了,超級爆震是在正常點火之前燃燒室內發生的大面積自燃現象一早燃引發的缸壓異常升高現象。之所以叫「超級」,是因為發生超級爆震的缸壓要比普通爆震高很多,所以發生超級爆震時會聽到非常明顯的敲缸聲音,發動機也很有可能因此而損壞。下面的圖可以看出正常燃燒,普通爆震,超級爆震的區別。這幅圖顯示的都是當活塞運行到上止點(即壓縮到最大程度時)火花塞點火的情況。圖中的橫坐標是曲軸轉角,可以理解為時間。我們看到除了缸壓,超級爆震發生的時間也和普通爆震不同,超級爆震發生在點火之前的壓縮衝程,普通爆震是發生在做功衝程。這樣,提前點火的時間越早,最大缸壓也就越高(想像一下正在高速傳播的火焰和正在上升的活塞的相對衝擊吧)。這也就很好理解為什麼超級爆震會有更大的缸壓。
現在我們知道了,超級爆震只是個表象,我們真正需要研究的是在點火之前的不正常燃燒情況,所以我們進入下一話題:
2、超級爆震和LSPI(Low Speed Pre-Ignition,低速早燃)
為什麼我們經常聽到爆震,而在最近幾年才關注到超級爆震呢?答案是,越來越多的汽油機開始應用直噴技術(GDI)。下圖是直噴技術,渦輪增壓技術,和普通火花塞點火的區別,可以看到,相同轉速下直噴機的BMEP更高,而這也就是直噴技術優勢所在。
而下面的圖則是LSPI發生的區間,可以看到,在低轉速下,需要達到一定的負載才能出現超級爆震,所以只有在直噴機中才會出現LSPI。3、爆震和超級爆震機理開始的時候就說我不認可超級爆震和爆震機理相同。
先說爆震機理。wiki上面說的很清楚,火花塞點火後,燃料開始燃燒,火焰呈球面形狀以30-70米/秒的速度向周圍擴散,發動機氣缸內的溫度和壓力迅速上升,並且燃燒產生的壓力波以音速向周圍擴散,這些因素都使得尚未燃燒的混合氣體更容易發生化學反應。當發動機內局部區域的氣體達到了自燃條件時,就在火焰傳播到達之前產生了自燃,其燃燒方式和壓燃式發動機的原理相似。
雖然對於LSPI的機理尚在研究中,但大多認為是和進入到燃燒室內的機油有關。下面是隨便貼的一個日本人做的機理圖。
但是,(1)(2)是犧牲了燃油經濟性,(3)(4)看不得細節,(5)沒有定論,因為GM認為高水溫可以降低LSPI,但清華和SWRI的結果認為相反,(6)沒有實際意義。
當然,我們也是自己認為更好的方法,但是,嗯,不能說。
以上超級爆震是內燃機的最新的天花板。只要扭矩達到一定水平,就一定會引發爆震。我認為很多廠商對於超級爆震的研究,應該是走在了學界的前面。但是為了不幫助競爭對手,它們決定隱忍不發。
看第一眼,我也不知道什麼是超級爆震。看了第一解釋才反應過來。好多名字感覺太誇張了。補充一個德語詞glühzündung。由過熱部件引起的點火前自燃。感興趣可以方便wiki。
通過幾個毫秒的高速條件下測量排氣中的碳氫化合物,例如庚烷和甲苯,可以對感測器和噴油做標定,來消除超級爆震。
基於第二個問題,最大的區別就是普通爆震是點火後遠端混合氣在火焰沒有傳播到的時候發生自燃,而超級爆震是點火前就發生早燃。柴油機就是壓燃不是點燃。柴油機不存在點火。汽油發動機產生超級爆震,就和柴油機一個原理。柴油發動機不會這樣損壞,汽油機缸體加強強度,好像就就不要解決這個問題了,`(*∩_∩*)′
這本書有你想知道的所有
燃料在chamber裡面提前ignited產生的共振。或燃燒不充分
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