论汽缸燃烧残留气体对汽车发动机空燃比评估的影响

邵永松

（镇江润欣科技信息有限公司 212009）

论汽缸燃烧残留气体对汽车发动机空燃比评估的影响

邵永松

（镇江润欣科技信息有限公司 212009）

发动机测试技术是发动机研发过程中必不可少的一项关键技术。当前，国内对于发动机性能分析评估系统的研究起步较晚，与国际水平相比还有较大差距。基于此，本文在对汽车发动机性能分析评估系统详实把握的基础之上，通过分析目前发动机评估分析系统存在的缺陷，深入探讨了汽缸燃烧残留气体对汽车发动机空燃比评估的影响，并进行了相关的实验测试分析，使得后期对发动机的性能评估更加准确。

发动机；空燃比评估；燃烧残留

引言

目前随着技术的发展，国际化水平的发动机燃烧性能评估系统现已达到高准确度、灵敏度以及适用性强等水平，现代化以及专业化水平得到极大程度上的提升。相比较而言，国内对于汽车发动机燃烧性能评估水平较国际先进水平还有较大差距，究其原因是，目前国内尚无综合性汽车发动机性能测试设备厂商，对于汽车发动机的性能测试大多靠引进国外先进测试设备来完成，缺乏自主创新化研究；且评估测试方法也有一定的局限性，准确度及效率较低。同时，在国内现有的发动机性能分析系统中，一般不考虑汽缸内残留气体对下一次燃烧的影响，对每个周期空燃比的计算不够精确。而空燃比是性能分析中的重要参数，不考虑其变化的计算将导致后续的性能分析结果不能真实反映实际工况，从而导致对发动机的性能评估出现误差，最终严重影响发动机的出厂质量。

1 汽车发动机性能分析评估

汽车发动机性能分析评估系统主要包括下列评价指标：动力性能指标（包括有效功率、有效转矩、发动机转速及活塞平均速度等）、经济性能指标（包括有效热功率及有效燃油消耗等）、强化指标（包括升功率及强化系数等）、有害物质排放指标（包括CO、HC、NOx及微粒等）、其他运行性能指标（包括噪声及冷起动等）以及使用性能指标（包括可靠性、耐久性及便捷维修特性等）。

一般来说，发动机综合性能分析系统包括运行信息的捕获、处理、计算机及测控分析等内容。其中，信息捕获系统的任务是用各种传感器拾取发动机被测点的信号参数值；信息预处理系统是发动机综合性能计算机检测系统的关键部分，其作用相当于多路测试系统中的多功能二次仪表的集合，它可将测控系统中的所有传感器输出信号经衰减、滤波、放大、整形后输入计算机的高速输入端。此外，发动机上装配的传感器是控制和判断发动机故障的关键部件，但其输出的电信号千差万别，无法直接被计算机应用，可通过发动机综合性能计算机检测系统的信号处理系统处理后转换成标准的数字信号送入计算机。

2 汽缸燃烧残留气体对汽车发动机空燃比评估的影响

汽车发动机空燃比即为气缸燃气中空气质量A与燃料质量F间的混合配比关系：A/F（A：air-空气，F：fuel-燃料）。空燃比在发动机燃烧性能评估系统中发挥重要的功效，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。

在实测分析过程中，为保证较高水平的废气催化率，要求排气管内安装氧传感器等数据采集设备并可实现闭环控制，气体中氧气浓度可由氧传感器采集得到，同时将采集的信息进行预处理，以电信号的形式通过ECU对发动机的空燃比进行一定的控制，最大限度接近理想情况。如果空燃比过高，会极大地影响氮氧化物转化率，而对于CO和HC的转化率略有提高，所以发动机的空燃比需通过正常的氧传感器使其控制在一定的合理范围内。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外，若设备使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器在系统中发挥着重要的数据采集作用，其性能直接影响着发动机空燃比的控制水平以及排气性能，氧传感器功效的缺失将极大地减弱催化转化器效率，长期性的功能缺失也会降低催化转化器的使用期限。

在发动机实际工作过程中，气缸内由于燃烧不完全的燃油以及窜入燃烧室的机油与外部其它杂质在氧气和高温作用下，凝聚在燃烧室壁面及活塞顶部，形成燃烧残留，积碳其厚度可达几毫米。不宜传热，温度较高，在进气、压缩过程中不断加热混合气，使温度升高很快；考虑燃烧残留自身体积影响，占据燃烧器内相应位置，使系统压比上升，在一定程度上扩展激冷区域，进而使HC排量上升。这种现象在发动机冷启动、怠速和暖机时对于碳氢化合物的排放量影响较大；同时压缩比的升高，使得最高燃烧温度增加，氮氧化物的排放量增加，这些因素也都会促使爆燃倾向增加；此外，较高的温度下，发动机表层易产生炽热点，导致点火现象发生，引发安全事故。

3 本项目研究进展

（1）吸入新气量是对吸气口等的传热，残留的气体在风向倒转和再吸入期间在气缸内的传热，而新气吸入期间会在气缸内传热。通常来说，所有吸气对活塞工作过程中都是有影响的。

（2）上述的影响对于吸气口的传热影响最大为30%左右，在发动机全开的情况下，气缸内的传热影响在±1%左右，而低负荷时为+5%左右，同时该影响对新气量也有一定作用。

（3）采用新的计算方式，用实际测量值，通过提高吸入新气量的精度，可对过程中的动态空燃比进行精确的计算。

本项目通过模拟技术从每次实时的计算中得到本次残留的可能情况，同时通过实时的采集得到残留的数据，再通过综合分析得到实际的残留工况，结合下次采集的数据，计算空燃比的动态变化过程，使用动态的高精度空燃比进行分析计算。该计算方式在分析精度上要远远超出使用现有方法计算的系统，使得对发动机的性能评估更加准确。

通过考虑残留工况，在ECU的控制发动机的控制策略上（控制点火时间和喷油量），提高了空燃比的计算精度，也提高了热平衡的计算精度。试验证明，与原来的控制策略相比，本项目可减少（CO等）排放量4%左右。

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1004-7344（2016）08-0322-01

2016-3-1