CN113309626A - 一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，该方法包括以下步骤：通过转速和节气门位置传感器判断当前发动机工况；通过爆震传感器采集n个循环的缸内压力波动判断当前工况下发动机是否发生爆震，当发动机发生爆震，且爆震指数KI超过阈值时，进入下一步，如果发动机此时没有发生爆震，就逐渐增大点火提前角，直至爆震；根据氧传感器的反馈值，增大喷油脉宽使得混合气逐渐变浓，直至过量空气系数在0.8～0.9之间；通过上位机控制电子控制单元调节点火相位，并判断爆震指数KI是否不超过阈值。本发明可有效抑制煤油发动机的爆震，能很好的恢复发动机的功率，弥补了汽油在燃料运输和存储上的缺点。

Description

一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法

技术领域

本发明涉及二冲程航空煤油发动机技术领域，具体来说，是涉及一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法。

背景技术

二冲程发动机具备高功重比、结构简单、制造成本低，易于维护等优点，结合航空煤油在使用、存储、价格等方面的优势，在轻型航空飞行器上有着较好的应用价值。然而航空煤油挥发性差，辛烷值和自燃温度都远低于汽油，因此，在将其作为点燃式发动机的燃料时，通常会导致发动机在工作中更容易发生爆震，发动机功率将受到严重限制。

爆震是活塞式发动机的一种非正常燃烧现象。目前，普遍认为是燃烧室内火焰传播到燃烧室边缘之前，一部分末端混合气自燃。这部分自燃的混合气虽然不多，但是由于发动机的压缩冲程导致局部温度过高，当末端混合气发生自燃时，燃烧速度比正常火焰传播速度快。随着发动机末端混合气剧烈燃烧会产生高频率的爆震波并且增加发动机零件的热负荷，这将导致发动机循环热效率下降和功率降低，甚至导致发动机损坏。

根据试验结果显示：首先，发动机爆震强度随混合气中煤油浓度的增大，先增大再减小，即在混合气浓度接近或等于理论空燃比时，发动机爆震剧烈，而过稀和过浓的喷油可以抑制爆震的强度，但是过稀的混合气不利于发动机的功率恢复。其次，爆震强度随着点火正时的推迟而减小，但是较小的点火提前角会降低发动机的热效率，减小发动机的功率。

目前对航空煤油发动机爆震控制的研究还比较少，解决爆震带来的问题，进一步提高航空煤油发动机的功率恢复，采用有效的抑制爆震方法尤为重要。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于关键参数协调控制的爆震抑制方法，该方法适用于二冲程航空煤油发动机的标定，解决了航空煤油二冲程发动机爆震造成的功率下降以及发动机损坏的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过转速传感器和节气门位置传感器将转速信号和节气门转角信号传至电子控制单元判断当前发动机转速和节气门开度是否发生变化，即工况是否发生变化，工况发生变化则进入步骤2；未发生变化则保持点火提前角和喷油量不变，等待转速和节气门变化；

步骤2、通过缸压传感器采集n个循环的缸内压力波动信号传至上位机，通过上位机内部的数据处理系统可以得到当前发动机气缸内的压力变化，根据爆震指数KI是否超过阈值来判断当前工况下发动机是否发生爆震，当爆震指数KI超过阈值时，即发生爆震，进入步骤3；如果发动机此时没有发生爆震，就逐渐增大点火提前角，直至发生爆震；

步骤3、根据氧传感器的反馈值，增大喷油脉宽，使得混合气逐渐变浓，直至过量空气系数在0.8～0.9之间；

步骤4、判断调节过混合气浓度后的发动机是否还在爆震，如果发动机爆震指数仍然大于阈值，由于减小点火提前角可有效抑制爆震，可通过上位机控制电子控制单元直接输入参数调节点火相位，逐渐减小点火提前角，直至发动机爆震指数低于阈值。

步骤5、当发动机爆震指数低于阈值时，保持当前工况下的喷油和点火参数不变，直到工况发生变化再次进入步骤1。

进一步的，步骤1所述判断发动机工况变化的参数包括当前发动机的转速，节气门开度。

进一步的，步骤2所述判断发动机是否发生爆震的方法为爆震指数KI是否大于阈值。

进一步的，步骤2所述爆震阈值为0.1。

进一步的，步骤2所述循环次数n≥50。

进一步的，步骤2所述爆震指数KI为n个循环的缸内压力最大波动MAPO的平均值，缸内压力最大波动MAPO的计算公式为：

式中θ₀为计算窗口的开始时刻对应的发动机曲轴转角，ζ为采集窗口的总时间所对应的曲轴变化角度，

为通过滤波后的缸内压力值；

因此，爆震指数KI的计算公式为：

有益效果：

煤油相比于汽油闪点高，在运输和储存上更加安全可靠，但是煤油粘度高，挥发性差，作为燃料时会让发动机更容易爆震，严重的话甚至会损坏发动机。本发明可有效抑制煤油发动机的爆震，能很好的恢复发动机的功率，弥补了汽油在燃料运输和存储上的缺点。

附图说明

图1是本发明方法具体实施的步骤流程图。

图2是本发明实施所用发动机标定系统示意图。

附图标记：1-测功机；2-测功机控制器；3-二冲程航空煤油发动机；4-缸压传感器；5-转速传感器；6-节气门位置传感器；7-氧传感器；8-电子控制单元；9-上位机；10-台架底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明的发动机标定系统包括：测功机1，测功机控制器2，二冲程航空煤油发动机3，缸压传感4，转速传感器5，节气门位置传感6，氧传感器7，电子控制单元8，上位机9，台架底座10；所述测功机1底部通过地脚螺栓固定在台架底座10上；测功机控制器2安装在测功机1上方；所述二冲程航空煤油发动机3安装在台架底座10上，左端通过联轴器与测功机1连接；缸压传感4集成在发动机火花塞内；转速传感器5、节气门位置传感6和氧传感器7相并联，所述节气门位置传感6固定在发动机进气口，所述氧传感器7通过螺栓固定在发动机排气管内；所述电子控制单元8与上位机9通过串口线连接。

如图2所示，将发动机安装至台架试验台上，根据步骤1中转速和节气门位置传感器将信号传至电子控制单元用于判断发动机此时的工况，工况变化则进入步骤2。

步骤2中，通过爆震传感器将缸压信号传至上位机，通过上位机内部的数据处理系统可以得到当前发动机气缸内的压力变化，

具体的讲：采集连续50个循环的最大缸内压力波动，求其平均值，当平均值大于发动机设定的爆震指数阈值，进入步骤3；当平均值小于阈值，则小幅度的逐渐增大点火提前角，直至发动机发生爆震。

步骤3中首先通过上位机控制电子控制单元调节点火相位，使得混合气变浓。由于较浓的混合气有较大的比热，压缩终了的温度相对于正常混合气有所降低，使自燃反应减弱；其次，缸内火焰传播速度在偏浓时更快，正常燃烧的火焰可以在未燃混合气自燃之前迅速传播至末端，抑制了爆震燃烧的可能性；最后过量空气系数在0.8～0.9之间时的偏浓混合气有利于功率的恢复。

步骤4中首先判断调节过混合气浓度后的发动机是否还在爆震，如果发动机爆震指数仍然大于阈值，则开始逐渐减小点火提前角，直至发动机爆震指数低于阈值。此时，该工况点功率输出达到最佳。

步骤5则等待发动机工况发生变化，工况不发生变化，则当前点火和喷油参数保持不变，如果工况改变则重新进入步骤1。

上面结合附图对本发明进行了实例性描述，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，所述内容包括以下步骤：

步骤1、通过转速传感器和节气门位置传感器将转速信号和节气门转角信号传至电子控制单元判断当前发动机转速和节气门开度是否发生变化，即工况是否发生变化，工况发生变化则进入步骤2；未发生变化则保持点火提前角和喷油量不变，等待转速和节气门变化；

步骤2、通过缸压传感器采集n个循环的缸内压力波动信号传至上位机，通过上位机内部的数据处理系统可以得到当前发动机气缸内的压力变化，根据爆震指数KI是否超过阈值来判断当前工况下，发动机是否发生爆震，当爆震指数KI超过阈值时，即发生爆震，进入步骤3；如果发动机此时没有发生爆震，就逐渐增大点火提前角，直至发生爆震；

步骤3、根据氧传感器的反馈值，增大喷油脉宽，使得混合气逐渐变浓，直至过量空气系数在0.8～0.9之间；

步骤4、判断调节过混合气浓度后的发动机是否还在爆震，如果发动机爆震指数仍然大于阈值，由于减小点火提前角可有效抑制爆震，可通过上位机控制电子控制单元直接输入参数调节点火相位，逐渐减小点火提前角，直至发动机爆震指数低于阈值。

步骤5、当发动机爆震指数低于阈值时，保持当前工况下的喷油和点火参数不变，直到工况发生变化再次进入步骤1。

2.根据权利要求1所述的一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，步骤1所述判断发动机工况变化的参数包括当前发动机的转速、节气门开度。

3.根据权利要求1所述的一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，步骤2所述判断发动机是否发生爆震的方法为爆震指数KI是否大于阈值。

4.根据权利要求1所述的一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，步骤2所述爆震阈值为0.1。

5.根据权利要求1所述的一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，步骤2所述循环次数n≥50。

6.根据权利要求1所述的一种二冲程航空煤油发动机的爆震抑制方法，其特征在于，步骤2所述爆震指数KI为n个循环的缸内压力最大波动MAPO的平均值，缸内压力最大波动MAPO的计算公式为：

式中θ₀为计算窗口的开始时刻对应的发动机曲轴转角，ζ为采集窗口的总时间所对应的曲轴变化角度，

为通过滤波后的缸内压力值；

因此，爆震指数KI的计算公式为：

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