論汽缸燃燒殘留氣體對汽車發動機空燃比評估的影響

邵永松

（鎮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動機空燃比評估的影響

邵永松

（鎮江潤欣科技信息有限公司 212009）

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

發動機；空燃比評估；燃燒殘留

引言

目前隨著技術的發展，國際化水平的發動機燃燒性能評估系統現已達到高準確度、靈敏度以及適用性強等水平，現代化以及專業化水平得到極大程度上的提升。相比較而言，國內對于汽車發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，目前國內尚無綜合性汽車發動機性能測試設備廠商，對于汽車發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，在國內現有的發動機性能分析系統中，一般不考慮汽缸內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，不考慮其變化的計算將導致后續的性能分析結果不能真實反映實際工況，從而導致對發動機的性能評估出現誤差，最終嚴重影響發動機的出廠質量。

1 汽車發動機性能分析評估

汽車發動機性能分析評估系統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、發動機轉速及活塞平均速度等）、經濟性能指標（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等）、有害物質排放指標（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，發動機綜合性能分析系統包括運行信息的捕獲、處理、計算機及測控分析等內容。其中，信息捕獲系統的任務是用各種傳感器拾取發動機被測點的信號參數值；信息預處理系統是發動機綜合性能計算機檢測系統的關鍵部分，其作用相當于多路測試系統中的多功能二次儀表的集合，它可將測控系統中的所有傳感器輸出信號經衰減、濾波、放大、整形后輸入計算機的高速輸入端。此外，發動機上裝配的傳感器是控制和判斷發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，可通過發動機綜合性能計算機檢測系統的信號處理系統處理后轉換成標準的數字信號送入計算機。

2 汽缸燃燒殘留氣體對汽車發動機空燃比評估的影響

汽車發動機空燃比即為氣缸燃氣中空氣質量A與燃料質量F間的混合配比關系：A/F（A：air-空氣，F：fuel-燃料）?？杖急仍诎l動機燃燒性能評估系統中發揮重要的功效，它對尾氣排放、發動機的動力性和經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，要求排氣管內安裝氧傳感器等數據采集設備并可實現閉環控制，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。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、內部線路斷脫等故障。氧傳感器在系統中發揮著重要的數據采集作用，其性能直接影響著發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。

在發動機實際工作過程中，氣缸內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，占據燃燒器內相應位置，使系統壓比上升，在一定程度上擴展激冷區域，進而使HC排量上升。這種現象在發動機冷啟動、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，發動機表層易產生熾熱點，導致點火現象發生，引發安全事故。

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的傳熱，而新氣吸入期間會在氣缸內傳熱。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，在發動機全開的情況下，氣缸內的傳熱影響在±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據，再通過綜合分析得到實際的殘留工況，結合下次采集的數據，計算空燃比的動態變化過程，使用動態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有方法計算的系統，使得對發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