CN103758641A - 一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包含外部废气再循环（EGR）影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法。该方法将基于曲轴转角的缸压传感器测试的缸内压力P_i、进气门关闭时刻的缸内压力P_IVC和温度T_IVC，以及多变指数γ作为输入得出从进气门关闭时刻开始的一个发动机循环内，基于曲轴转角的未燃混合气温度T_i。然后计算本发明提出的爆震积分值等于1时的曲轴转角θ_KO，并将θ_KO与95%累积放热率的曲轴转角θ_95%HR比较。若θ_KO>θ_95%HR，则表明该工况下没有爆震发生。反之，θ_KO≤θ_95%HR,则表明该工况发生爆震，且爆震发生的时刻为θ_KO。该方法为汽油机使用EGR后的爆震预测及性能开发提供了有效的途径。

Description

一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，特别涉及一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法。

背景技术

汽油机爆震一般认为是由于缸内末端混合气在火焰前锋面到达之前，达到自燃温度而引起的非正常燃烧。爆震是汽油机的一个顽疾，始终制约着汽油机热效率的提升。传统的抑制爆震的方法包括推迟点火提前角、混合气加浓及增加燃油的辛烷值等。但这些方法已不能满足现代高增压和高压缩比汽油机的发展要求。外部冷却废气再循环(EGR，Exhuaust Gas Recirculation),是指将发动机排出的废气重新引入发动机气缸内，并与新鲜空气以及燃油混合后燃烧的一种技术，已被证明是抑制爆震的另外一种有效的途径，目前在高压缩比和高增压汽油机中获得了人们的广泛关注。在发动机设计开发中，一旦采用了外部EGR来抑制爆震，就需要有可以方便、准确预测爆震是否发生，以及发生时刻的方法和流程，但现有的预测爆震发生时刻的方法(Douaud-Eyzat方法)没有考虑外部冷却EGR对爆震的影响，不能获知是否发生爆震及爆震发生时刻的重要信息，从而无法在汽油机开发过程中准确确定几何压缩比、点火角、水套冷却能力等重要设计参数，限制了汽油机燃油经济性和动力性能的提升潜力。

发明内容

为了汽油机使用了外部冷却EGR后，如何判断爆震是否发生以及发生爆震的时刻。本发明提供了一种在使用了外部冷却EGR后，汽油机是否发生爆震及发生爆震的时刻的预测方法。本发明的技术方案如下：

一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1、确定从进气门关闭时刻开始的一个发动机循环内，基于曲轴转角的缸内未燃混合气温度；

步骤2、计算爆震积分值等于1时的曲轴转角θ_KO；

步骤3、将步骤2确定的θ_KO与95%累积放热率的曲轴转角θ_95%HR比较；

步骤4、若如步骤3中所述的θ_KO>θ_95%HR，则表明该工况下没有爆震发生，若θ_KO≤θ_95%HR,则转为步骤5；

步骤5、若如步骤3中所述的θ_KO≤θ_95%HR，则表明该工况下有爆震发生，且爆震发生的时刻为θ_KO。

其中，步骤1中，涉及所述发动机的参数包括：由缸压传感器测出的基于曲轴转角的缸压P_i,进气门关闭时的压力P_IVC和温度T_IVC，以及多变指数γ，然后应用公式

得出基于曲轴转角的未燃混合气的温度T_i。

步骤2中，计算所述的爆震积分值的公式为 $\frac{1}{7.035*{10}^{-3}*6\mathrm{\ω}}\underset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{IVC}}}{\overset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{KO}}}{\∫}}\frac{1}{P^{-1.2581}*\exp \left(\frac{3261.5}{T}\right)*{(1-\mathrm{EGR})}^{-2.6273}}\mathrm{d\θ},$ 该积分值包含了EGR对爆震的影响，其中该爆震积分值的输入值包括从进气门关闭时刻θ_IVC开始的缸内压力P以及未燃混合气温度，发动机转速和外部EGR率。

本发明提供了一种在汽油机采用外部废气再循环后，预测爆震是否发生及发生爆震的时刻的有效方法。应用本发明提出的方法和流程，可以在汽油机使用外部EGR后得到两个重要的信息。第一，预测出在使用外部EGR后，是否有爆震发生。第二，得出发生爆震的曲轴转角。这两个信息将会帮助在发动机设计开发阶段确定重要的结构参数，包括发动机几何压缩比的确定、点火提交角的最佳值以及发动机冷却水套的冷却能力等。相比现有的爆震预测方法，本方法在汽油机使用外部EGR后可以提供更为准确的爆震预测信息，使影响汽油机性能的结构参数运行在最佳的参数组合下，从而提高汽油机的燃油经济性和动力性能。

附图说明

图1为本发明使用EGR的汽油机爆震预测方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征与达成目的易于明白理解，下面结合附图1和具体实施例对本发明进行进一步详细地说明。

本发明提供了一种在汽油机中使用外部EGR后，预测爆震是否发生以及发生爆震的时刻的方法，具体的技术方案如下：

一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1、确定从进气门关闭时刻开始的一个发动机循环内，基于曲轴转角的缸内未燃混合气温度；

其中，步骤1中，涉及所述发动机的参数包括：由缸压传感器测出的基于曲轴转角(如每0.2度曲轴转角）下的缸压P_i,进气门关闭时的压力P_IVC（如P_IVC=1.9bar)和温度T_IVC（如T_IVC=420℃），以及多变指数γ(如γ=1.3）。然后应用公式

得出基于曲轴转角（如每0.2度曲轴转角)的未燃混合气的温度T_i。

步骤2、计算爆震积分值等于1时的曲轴转角θ_KO；

步骤2中，根据步骤1中确定的基于曲轴转角的未燃混合气温度T_i，以及缸压P_i，发动机转速ω、EGR率、进气门关闭时的曲轴转角θ_IVC，然后应用本发明提出的确定爆震是否发生及发生时刻的积分公式： $\frac{1}{7.035*{10}^{-3}*6\mathrm{\ω}}\underset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{IVC}}}{\overset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{KO}}}{\∫}}\frac{1}{P^{-1.2581}*\exp \left(\frac{3261.5}{T}\right)*{(1-\mathrm{EGR})}^{-2.6273}}\mathrm{d\θ},$ 得出其等于1时的曲轴转角θ_KO，该积分值包含了EGR对爆震的影响，其中该爆震积分值的输入值包括从进气门关闭时刻θ_IVC开始的缸内压力P以及未燃混合气温度T，发动机转速ω和外部EGR率。

步骤3、将步骤2确定的θ_KO与95%累积放热率的曲轴转角θ_95%HR比较；

步骤4、若如步骤3中所述的θ_KO>θ_95%HR，则表明该工况下没有爆震发生，若θ_KO≤θ_95%HR,则转为步骤5；

步骤5、若如步骤3中所述的θ_KO≤θ_95%HR，则表明该工况下有爆震发生，且爆震发生的时刻为θ_KO。

其中，步骤3中，如果由步骤2确定的θ_KO（如θ_KO=40°CA ATDC，压缩上至点后40度曲轴转角）大于95%累积放热率确定的曲轴转角θ_95%HR（如θ_95%HR=35°CA ATDC），则说明在该工况没有发生爆震；如果由步骤2确定的θ_KO（如θ_KO=20°CA ATDC）小于或等于θ_95%HR（如θ_95%HR=30°CA ATDC），则说明该工况发生爆震，且爆震发生的时刻为θ_KO。

由上述可知，本发明提供了一种在汽油机采用外部废气再循环后，预测爆震是否发生及发生爆震的时刻的有效方法。应用本发明提出的方法和流程，可以在汽油机使用外部EGR后得到两个重要的信息。第一，预测出在使用外部EGR后，是否有爆震发生。第二，得出发生爆震的曲轴转角。这两个信息将会帮助在发动机设计开发阶段确定重要的结构参数，包括发动机几何压缩比的确定、点火提交角的最佳值以及发动机冷却水套的冷却能力等。相比现有的爆震预测方法，本方法在汽油机使用外部EGR后可以提供更为准确的爆震预测信息，使影响汽油机性能的结构参数运行在最佳的参数组合下，从而提高汽油机的燃油经济性和动力性能。

以上显示和描述了本发明的主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种包含外部废气再循环影响在内的汽油机爆震判定及发生时刻的预测方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1、确定从进气门关闭时刻开始的一个发动机循环内，基于曲轴转角的缸内未燃混合气温度；

步骤2、计算爆震积分值等于1时的曲轴转角θ_KO；

步骤3、将步骤2确定的θ_KO与95%累积放热率的曲轴转角θ_95%HR比较；

步骤4、若如步骤3中所述的θ_KO>θ_95%HR，则表明该工况下没有爆震发生，若θ_KO≤θ_95%HR,则转为步骤5；

步骤5、若如步骤3中所述的θ_KO≤θ_95%HR，则表明该工况下有爆震发生，且爆震发生的时刻为θ_KO。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤1中涉及所述发动机的参数包括：由缸压传感器测出的基于曲轴转角的缸压P_i,进气门关闭时的压力P_IVC和温度T_IVC，以及多变指数γ，然后应用公式

得出基于曲轴转角的未燃混合气的温度T_i。

3.如权利要求1或2的所述方法，其特征在于，步骤2中计算所述的爆震积分值的公式为 $\frac{1}{7.035*{10}^{-3}*6\mathrm{\ω}}\underset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{IVC}}}{\overset{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{KO}}}{\∫}}\frac{1}{P^{-1.2581}*\exp \left(\frac{3261.5}{T}\right)*{(1-\mathrm{EGR})}^{-2.6273}}\mathrm{d\θ},$ 该积分值包含了EGR对爆震的影响，其中该爆震积分值的输入值包括从进气门关闭时刻θ_IVC开始的缸内压力P以及未燃混合气温度，发动机转速和外部EGR率。

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