CN105527106B - 用于评价机油对超级爆震影响的试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置及测试方法，该试验装置包括缸体、缸盖、进气管路、排气管路、电子控制单元ECU和缸压传感器；所述缸体内设有活塞，所述缸盖上设置有进气门、排气门、火花塞和机油喷油器，所述进气门连接所述进气管路，所述排气门连接所述排气管路，在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、汽油喷油器，所述电子控制单元ECU用于对所述机油喷油器的喷油进行控制，所述缸压传感器用于检测所述缸体内的压力信息。本发明不仅能够节省试验时间，而且能够研究机油窜入对缸内燃烧的直接影响。

Description

用于评价机油对超级爆震影响的试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及内燃机燃烧技术领域，尤其涉及一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置及测试方法。

背景技术

增压小排量是实现汽油机节能减排的一条重要途径。然而随着燃烧室内能量密度的提高，在汽油机低转速、大负荷工况下，容易出现一种名为超级爆震的非正常燃烧现象，目前已成为汽油机进一步发展的主要技术障碍。超级爆震在火花点火前发生早燃，最大爆发压力极高，并伴有巨幅压力振荡，对发动机危害极大，现已成为汽油机领域的研究热点。

抑制超级爆震的一条重要途径是杜绝早燃。目前普遍认为窜入燃烧室内的机油液滴是诱发早燃的主要原因之一。燃烧室壁面的机油油膜被碰壁的燃油喷雾稀释，粘性降低并聚集在活塞环岸间隙中，当活塞运行到上止点附近时，机油与燃油的混合物在惯性力的作用下窜入燃烧室中，在适当的压力和温度条件下首先自燃，并点燃周围混合气诱发早燃，继而导致超级爆震。因而，机油的成分和物理化学性质对超级爆震的发生频次有着重要影响。

目前，超级爆震试验大多将机油作为润滑油，将发动机运行一段时间(通常是1h)，记录超级爆震发生频次，据此来研究不同机油对超级爆震的影响。这种检测往往耗时较长，而且由于机油液滴窜入燃烧室的途径并不唯一，具有一定的随机性，导致试验结果尽管具有统计意义，却无法对气缸内的具体燃烧过程进行直接研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置及测试方法，能够减少试验时间，而且能够研究机油窜入对缸内燃烧的直接影响。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，包括缸体、缸盖、进气管路、排气管路、电子控制单元ECU和缸压传感器；

所述缸体内设有活塞，所述缸盖上设置有进气门、排气门、火花塞和机油喷油器，所述进气门连接所述进气管路，所述排气门连接所述排气管路，在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、汽油喷油器，所述电子控制单元ECU用于对所述机油喷油器的喷油进行控制，所述缸压传感器用于检测所述缸体内的压力信息。

优选地，还包括与所述缸压传感器连接的计算机，所述计算机用于对所述缸压传感器检测到的数据进行处理。

优选地，所述缸压传感器设置在所述缸盖上。

优选地，所述排气管路上还设有尾气分析仪。

优选地，所述活塞的压缩比为10-18。

优选地，所述活塞为钢制活塞。

优选地，所述汽油喷油器设置在所述进气门的门口。

优选地，所述活塞由测功机带动运转。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种超级爆震的测试方法，通过上述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置实现，所述测试方法包括：

S1：通过所述进气控温稳压腔、所述节气门以及所述汽油喷油器控制所述活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态；

S2：所述电子控制单元ECU控制所述机油喷油器按照预设的喷油策略向所述缸体内喷射机油；

S3：通过所述缸压传感器采集所述缸体内的压力变化，提取放热率特征与压力震荡信息，判断缸体内早燃时刻与超级爆震强度；

S4：改变所述机油喷油器所喷射的机油的种类，重复上述步骤，对比不同种类机油对超级爆震的影响。

优选地，还包括：通过尾气分析仪反馈缸内混合气体的空燃比信息。

(三)有益效果

本发明实施方式提供的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，能够实现缸体内气体的稳定早燃，引发稳定的超级爆震，因此能够获取大量的超级爆震试验样本，不仅能够节省试验时间，而且能够研究机油窜入对缸内燃烧的直接影响。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置的示意图；

图2是本发明实施方式提供的一种超级爆震的测试方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施方式提供了一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置的示意图，该试验装置包括缸体、缸盖、进气管路、排气管路、电子控制单元ECU和缸压传感器；

所述缸体内设有活塞，所述缸盖上设置有进气门、排气门、火花塞和机油喷油器，所述进气门连接所述进气管路，所述排气门连接所述排气管路，在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、汽油喷油器，所述电子控制单元ECU用于对所述机油喷油器的喷油进行控制，所述缸压传感器用于检测所述缸体内的压力信息。

本发明实施方式提供的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，能够实现缸体内气体的稳定早燃，引发稳定的超级爆震，因此能够获取大量的超级爆震试验样本，不仅能够节省试验时间，而且能够研究机油窜入对缸内燃烧的直接影响。

参见图1，图1是本发明实施方式提供的一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置的示意图，该试验装置包括缸体、缸盖、电子控制单元ECU；

缸体内设有活塞8，缸盖上设置有进气门3、排气门7，进气门3和排气门7分别对应连接有进气管路2和排气管路6，在进气管路2的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、汽油喷油器1，在排气管路6上设有尾气分析仪，缸盖上还设有缸压传感器、火花塞5、机油喷油器4，电子控制单元ECU用于对机油喷油器4的喷油进行控制，可自由实现设定的机油喷射策略；

其中，汽油喷油器1可以为PFI(进气道燃油喷射)喷油器，机油喷油器4可以为DI(缸内直喷)喷油器，活塞8为高压缩比活塞，压缩比为10-18，进气控温稳压腔的进气控温范围可以为300K-400K，控压范围可以为0.05-0.3MPa，为产生超级爆震提供条件，活塞8可以为钢制活塞，强度高，不会在高强度频繁的超级爆震影响下损坏，优选地，活塞8的顶部为平顶状，可以降低缸盖的厚度，汽油喷油器1可以安装在进气门3的门口，活塞8通过连杆、曲轴等由测功机带动运转。

优选地，上述的试验装置还包括与所述缸压传感器连接的计算机，所述计算机用于对所述缸压传感器检测到的数据进行处理。

本发明实施方式提供的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，通过进气控温稳压腔、节气门以及喷油器能够灵活控制活塞压缩上止点时缸体内混合气的热力学状态(包括温度、压力和浓度)，通过机油喷油器可以向缸体内喷射不同体积、不同种类的机油样品或机油与汽油混合物，实现火花塞点火前缸体内混合气体的早燃，引发不同强度的超级爆震，通过缸压传感器采集缸体内的压力变化，提取放热率特征与压力震荡信息，判断缸体内早燃时刻与超级爆震强度，从而可以研究不同机油样品对超级爆震的影响。

本发明实施方式还提供了一种超级爆震的测试方法，通过上述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置实现，所述测试方法包括：

S1：通过所述进气控温稳压腔、所述节气门以及所述汽油喷油器控制所述活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态；

S2：所述电子控制单元ECU控制所述机油喷油器按照预设的喷油策略向所述缸体内喷射机油；

S3：通过所述缸压传感器采集所述缸体内的压力变化，提取放热率特征与压力震荡信息，判断缸体内早燃时刻与超级爆震强度；具体地，可以通过缸压传感器采集缸体内的压力信息，由曲轴转角和压力数据计算得到放热率，根据放热率确定着火时刻，与正常燃烧循环对比，作为判断是否早燃的依据，根据压力数据判断超级爆震强度，例如，可以采用累计放热率5％或10％的时刻，即CA05或CA10作为缸内混合气的着火时刻，作为早燃时刻，将压力峰值、压力震荡、压力震荡起始时刻作为判断超级爆震强度的依据；

S4：改变所述机油喷油器所喷射的机油的种类，重复上述步骤，对比不同种类机油对超级爆震的影响。

优选地，上述测试方法还包括：通过尾气分析仪反馈缸内混合气体的空燃比信息，从而可以实现精确控制缸体内混合气的浓度。

例如，本发明中的测试方法可以具体包括以下步骤：

S101：通过进气控温稳压腔、节气门以及汽油喷油器1控制活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态(包括温度、压力和浓度)，此外，还可以通过尾气分析仪反馈缸内混合气体的空燃比信息，从而精确控制缸体内混合气的浓度；

S102：在每个燃烧循环，汽油喷油器1与火花塞5正常工作，实现正常燃烧；

S103：在电子控制单元ECU的控制界面预先设置机油喷射策略(包括喷油循环、脉宽、时刻)，设置完毕后触发机油喷射开关，实现在同一热力学状态下，每隔3个燃烧循环机油喷油器4向缸体内直接喷射1次机油，共喷射4次，其中，在机油喷射的燃烧循环仍保证汽油喷油器1与火花塞5正常工作，机油喷射导致火花点火前缸体内混合气体的早燃，引发4次孤立的超级爆震，如图2所示，其中，X为燃烧循环的循环数，Y为气缸压力(缸体内的压力信息)；

S104：通过缸压传感器采集缸体内的压力信息，由曲轴转角和压力计算得到放热率，将累计放热率5％的时刻CA05作为着火时刻，与正常燃烧循环的CA05对比，作为判断是否早燃的依据；将压力峰值、震荡、震荡起始时刻等作为判断超级爆震强度的依据；将4次孤立喷油循环的CA05、压力峰值、压力震荡、压力震荡起始时刻等参数的平均值作为该热力学条件下该种机油对增压汽油机超级爆震影响的评价指标，用标准差评价数据的离散程度；

S105：将其他种类的机油通过机油喷油器4喷射，重复上面步骤，对比不同种类机油对增压汽油机超级爆震的影响。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，包括缸体、缸盖、进气管路、排气管路、电子控制单元ECU和缸压传感器；

所述缸体内设有活塞，所述缸盖上设置有进气门、排气门、火花塞和机油喷油器，所述进气门连接所述进气管路，所述排气门连接所述排气管路，在所述进气管路的进气方向上依次设有进气控温稳压腔、节气门、汽油喷油器，所述电子控制单元ECU用于按照预设的喷油策略对所述机油喷油器的喷油进行控制，所述缸压传感器用于检测所述缸体内的压力信息；

其中，所述预设的喷油策略为在同一热力学状态下，每隔3个燃烧循环机油喷油器向缸体内直接喷射1次机油，共喷射4次。

2.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，还包括与所述缸压传感器连接的计算机，所述计算机用于对所述缸压传感器检测到的数据进行处理。

3.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述缸压传感器设置在所述缸盖上。

4.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述排气管路上还设有尾气分析仪。

5.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述活塞的压缩比为10-18。

6.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述活塞为钢制活塞。

7.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述汽油喷油器设置在所述进气门的门口。

8.根据权利要求1所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置，其特征在于，所述活塞由测功机带动运转。

9.一种超级爆震的测试方法，其特征在于，通过权利要求1-8任一所述的用于评价机油对超级爆震影响的试验装置实现，所述测试方法包括：

S1：通过所述进气控温稳压腔、所述节气门以及所述汽油喷油器控制所述活塞压缩至上止点时缸体内混合气的热力学状态；

S2：所述电子控制单元ECU控制所述机油喷油器按照预设的喷油策略向所述缸体内喷射机油；

其中，所述预设的喷油策略为在同一热力学状态下，每隔3个燃烧循环机油喷油器向缸体内直接喷射1次机油，共喷射4次；

S3：通过所述缸压传感器采集所述缸体内的压力变化，提取放热率特征与压力震荡信息，判断缸体内早燃时刻与超级爆震强度；

S4：改变所述机油喷油器所喷射的机油的种类，重复上述步骤，对比不同种类机油对超级爆震的影响。

10.根据权利要求9所述的超级爆震的测试方法，其特征在于，还包括：通过尾气分析仪反馈缸内混合气体的空燃比信息。