爆震，是燃氣預混合燃燒型發動機特有的工作狀態，也是限制汽油機提高其各項性能的難點之一，主要表現在燃氣預混合燃燒發動機的壓縮比不能過大，導致壓縮效率降低。開展發動機爆震試驗，對其在各運行工況下的缸內壓力、振動等信號進行研究，確定爆震發生的時刻及強度，異或未發生爆震工況的爆震安全裕度，從而保證發動機的安全運行。
基本介紹
- 中文名：爆震試驗
- 外文名：Detonation test
- 目的：保證發動機的安全運行
- 研究內容：缸內壓力、振動等信號
- 試驗原因：壓縮效率降低
- 特有工作狀態：燃氣預混合燃燒型發動機
背景,過程,爆震的抑制,
背景
爆震，是燃氣預混合燃燒型發動機特有的工作狀態，也是限制汽油機提高其各項性能的難點之一，主要表現在燃氣預混合燃燒發動機的壓縮比不能過大，導致壓縮效率降低。爆震產生時，發動機缸內壓力在紊亂震盪中急劇上升，會激發出頻率高、幅度大的壓力波甚至是衝擊波，從而衝擊發動機零部件，產生各種機體噪聲；發動機也會劇烈振動，破壞傳熱流體熱邊界層，使得散熱損失加大，冷卻水溫度顯著提高，氣缸蓋等零部件溫度超標等，同時排氣管溫度會下降；爆震強度處於爆震閥值邊緣時可以提高發動機熱效率，但發動機爆震強度過大時，其功率會迅速下降，甚至是毀壞發動機。
爆震的發生與發動機的不合理設計參數以及運行工況密切相關。主要表現在燃燒室、火花塞、進氣道等設計布置上。緊湊的燃燒室以及雙火花塞等可以減小火焰傳播距離，避免過熱爆震；合理的進氣道可以增強氣流湍動能從而加強火焰傳播速度；同時低速的運行工況也會使得進氣湍動能減小而降低火焰傳播速度，而大負荷的運行工況會使得汽缸溫度過高而使燃氣自燃，混合氣過稀也會使得燃氣溫度升高而產生爆震現象等。
爆震試驗
爆震試驗開展發動機爆震試驗，對其在各運行工況下的缸內壓力、振動等信號進行研究，確定爆震發生的時刻及強度，異或未發生爆震工況的爆震安全裕度，從而保證發動機的安全運行。此外還可以依據實驗結果，分析燃燒情況、最佳化發動機運行參數，減小爆震安全裕度，使發動機高效運行。航空發動機出廠前要進行爆震試驗，以確定機型各工況燃燒運行狀況，通過適航要求，確保發動機空中運行安全。
過程
（1）在發動機進氣口前安裝進氣定溫加熱裝置，用於控制進氣溫度，達到美國諮詢通報 AC33.47-1 中的標準。
（2）在發動機起動齒輪盤處安裝上止點信號感測器。
（3）根據缸壓測量順序將壓力感測器安裝在氣缸頭安裝座上。
（4）數據採集軟體、數據採集卡、電荷放大器等儀器設備安裝與調試。
發動機暖機過程中開啟進氣定溫加熱裝置，設定目標溫度為 39.8℃；系統穩定後，發動機進氣溫度將控制在 39.4℃~40.5℃之間，保證進氣溫度不低於爆震試驗標準溫度 39.4℃（美國諮詢通報標準 AC33.47-1 中的標準），以模擬標準熱天時的進氣溫度。
爆震的抑制
增壓直噴汽油機的壓縮比一般小於10，而在實際產品開發中，通過傳統的推遲點火角、加濃混合氣、EGR等措施抗爆震似乎已經達到了極限。且增壓汽油機除了常規爆震外，在低速高負荷區域還容易出現超級爆震（pre-ignition）現象，採用常規抗爆震措施很難抑制。
近年來研究表明：缸內直噴汽油機（GDI）通過增壓配合VVT控制掃氣具有抑制爆震的潛力。常規汽油機在高負荷下主要通過推遲點火角並加濃混合氣來抑制爆震，這會顯著惡化燃油經濟性，並且產生較高的HC和CO排放。在當量比的條件下增壓GDI發動機試驗結果表明：掃氣可以降低缸內溫度，減小燃燒室熱負荷，降低渦輪前端溫度。且掃氣將缸內殘餘廢氣壓入排氣岐管，可改善渦輪增壓器的工作效率，使得進氣量增加，提高發動機的低速扭矩。但當量比條件下、壓縮比較高時，難以採用大節氣門開度實現較好的掃氣效果，而且這時排氣溫度過高，容易使催化劑超溫。而在稀燃的條件下，缸內燃燒溫度低，氮氧化物排放有所降低，而混合氣的自燃溫度高，發動機的爆震傾向小。再通過匹配較高增壓保證功率密度，可以達到較高的負荷。同時，採用高的進氣壓力和進氣流量，對掃氣更有利。
爆震試驗
爆震試驗