不同壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向的試驗(yàn)＊

鄭傳現(xiàn)

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽合肥 231603）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)爆震就是當(dāng)混合氣尚處在壓縮過(guò)程中，火花塞還沒(méi)有跳火時(shí)，高壓混合氣就達(dá)到了自燃溫度，并開(kāi)始猛烈燃燒的不正常燃燒現(xiàn)象。與正常燃燒相比，爆震時(shí)混合氣壓縮程度及燃燒速度都很快并產(chǎn)生高溫高壓，強(qiáng)烈的爆震將降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，爆震產(chǎn)生的壓力波直接沖擊到氣缸蓋和活塞的頂面，產(chǎn)生“噠噠”的金屬敲擊聲，同時(shí)燃燒室內(nèi)各零件的溫度急劇上升［1－2］。

發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的變化是導(dǎo)致爆震現(xiàn)象的原因之一，但是壓縮比的變化也是提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的重要手段，所以爆震是技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)障礙。本文主要從3個(gè)方面來(lái)研究3種不同壓縮比（分別為9.0，9.3，9.5）的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震，從而獲得發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向的基本規(guī)律。

1 爆震試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比表征了氣體被壓縮的程度，它是氣體壓縮前的容積與壓縮后的容積之比，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，一般用ε表示。

式中，Va為氣缸總?cè)莘e，Vh為氣缸工作容積，Vc為燃燒室容積。

為了保證在排量不變的前提下改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，可以通過(guò)改變活塞銷孔的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮比的變更。如圖1所示，通過(guò)調(diào)整活塞銷孔位置，使其在原來(lái)位置向活塞頂部上移Δh，從而增大了燃燒室的容積，即上式中的Vc增大，由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生任何變化，即上式中的Vh沒(méi)有發(fā)生變化，因此最終導(dǎo)致壓縮比ε減小。

圖1 壓縮比調(diào)整示意圖Fig.1 Adjustment of compression ratios

1.2 爆震傾向試驗(yàn)對(duì)比

1.2.1 點(diǎn)火提前角的對(duì)比 點(diǎn)火提前角是評(píng)判爆震傾向最直接的一個(gè)指標(biāo)。在同轉(zhuǎn)速同負(fù)荷的情況下，點(diǎn)火提前角越大，發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)爆震的傾向越?。?］。全負(fù)荷時(shí)3種壓縮比的點(diǎn)火提前角對(duì)比如圖2所示。

圖2 全負(fù)荷時(shí)點(diǎn)火提前角對(duì)比Fig.2 Comparison of sparking angles on full load

從圖2可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 500r／min以下時(shí)，壓縮比為9.3的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角最大，而發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)爆震傾向最??；發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，壓縮比為9.0的點(diǎn)火提前角最大，而發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)爆震傾向最??；從總體上看，壓縮比為9.0，9.3的點(diǎn)火提前角相差不太大，而兩者均大于壓縮比為9.5的點(diǎn)火提前角。

1.2.2 最大爆發(fā)壓力對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角的對(duì)比 理論上最大爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為12°～15°，此時(shí)輸出扭矩達(dá)到最大值。在標(biāo)定過(guò)程中，可以將最大爆發(fā)壓力盡可能地逼近這個(gè)角度。如果有爆震的影響，則爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角會(huì)相應(yīng)地增大［4］。最大爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸角度越小，所反應(yīng)的爆震傾向越小。最大爆發(fā)壓力對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角的對(duì)比如圖3所示。

圖3 最大爆發(fā)壓力對(duì)應(yīng)角度對(duì)比圖Fig.3 Comparison of corresponding angles with maximum explosion pressure

從圖3可以得出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 000r／min以下時(shí)，最大爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸角度差別不是很大，壓縮比為9.3的要略小于其他兩者；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 000r／min以上時(shí)，壓縮比為9.0的最大爆發(fā)壓力所對(duì)應(yīng)的曲軸角度要明顯小于其他兩者。

1.2.3 壓力升高率的對(duì)比 壓力升高率表征的是發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴的程度。振動(dòng)和噪聲水平、火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c壓力升高率密切相關(guān)。壓力升高率太低，則動(dòng)力性不足；壓力升高率太高則工作粗暴，引起爆震［5］。為了保證汽油機(jī)工作柔和、動(dòng)力性能良好，一般壓力升高率為1.75～2.5bar／deg。由于試驗(yàn)中已經(jīng)規(guī)避了爆震，因此壓力升高率越接近2.5bar／deg，則抗爆震的潛力越大。3種壓縮比的壓力升高率對(duì)比如圖4所示。

從圖4可以得出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 000r／min以下時(shí)，3種壓縮比的壓力升高率比較相近；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 500r／min以上時(shí)，壓縮比為9.0的壓力升高率要明顯高于其他兩者，表明抗爆震的潛力越大；從總體來(lái)說(shuō)，壓縮比為9.3的壓力升高率居于壓縮比為9.0和9.5之間。

圖4 壓力升高率對(duì)比圖Fig.4 Comparison of pressure rise rate

2 結(jié)論

從上述爆震傾向試驗(yàn)的對(duì)比分析可得出以下的結(jié)論。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，壓縮比為9.0的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向最小，尤其是在中高速時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)（速度＜2 000r／min），壓縮比為9.3的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向要好于其他兩者；發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，壓縮比為9.3的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向處于中等，與壓縮比為9.0的相近，但爆震傾向要略大一些。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)，壓縮比為9.5的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向最高。

［1］ 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).GB／T 18297—2001汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法［S］.北京：國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2001.

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