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爆震是點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)特有的一種不正常燃燒現(xiàn)象，是發(fā)動(dòng)機(jī)追求高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的最大障礙之一，它制約點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)提高壓縮比，實(shí)現(xiàn)高增壓等技術(shù)的實(shí)施。從火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)到雙燃料引燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，爆震燃燒現(xiàn)象均為主要的技術(shù)問題，也是重要的研究領(lǐng)域。在爆震燃燒研究中，主要問題是爆震機(jī)理、爆震測(cè)量與判定方法以及實(shí)時(shí)控制等。爆震實(shí)時(shí)控制技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中。振動(dòng)傳感器盡管存在信噪比、靈敏度和判缸等問題，但成本低，使用比較廣泛；缸內(nèi)壓力或光信號(hào)的直接探測(cè)方法雖然成本高、可靠性及壽命差，但可以彌補(bǔ)間接測(cè)量的不足，也越來(lái)越受到重視，需要對(duì)其進(jìn)行有限元分析。
在爆震測(cè)量和控制中，爆震界限的控制點(diǎn)一直是科研人員關(guān)注的問題。試驗(yàn)表明，輕微爆震將改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但過分的爆震將使燃燒惡化，迅速損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，爆震控制系統(tǒng)的目的就是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作在輕微爆震或稱臨界爆震狀態(tài)下，亦即通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的爆震強(qiáng)度及界限，并據(jù)此修正點(diǎn)火提前角。因此，研究輕微臨界爆震燃燒現(xiàn)象及其測(cè)量識(shí)別方法和強(qiáng)度問題具有重要意義。
爆震的出現(xiàn)具有很大的隨機(jī)性，通常采用測(cè)量信號(hào)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法(算法)，確認(rèn)爆震強(qiáng)度，如峰值法、時(shí)域均方根法、最大變化率法及信號(hào)微分法、頻譜分析法和循環(huán)占有率法等。無(wú)論哪種方法，均需確定臨界值(閾值)作為比較依據(jù)。一般可劃分為無(wú)爆震、臨界爆震(輕微爆震或爆震邊緣)、輕度爆震、中度爆震、重度爆震。比較確認(rèn)后，通過控制系統(tǒng)對(duì)燃燒過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，達(dá)到最佳的燃燒狀況，實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放特性。一般而言，閾值及程度劃分應(yīng)依具體發(fā)動(dòng)機(jī)而定。
通常的控制系統(tǒng)中，爆震控制主要是調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，或輔助于空燃比等。利用算法計(jì)算的反饋信號(hào)，實(shí)施點(diǎn)火提前角的修正。無(wú)爆震，點(diǎn)火提前角適當(dāng)增大；臨界爆震或輕微爆震，達(dá)到控制效果，點(diǎn)火提前角可基本不變；輕度爆震，點(diǎn)火提前角建立下調(diào)趨勢(shì)或微下調(diào)；中度爆震，點(diǎn)火提前角應(yīng)較大幅度下降，以便盡快脫離爆震；重度爆震，在正常工作條件下，一般不會(huì)發(fā)生，若判斷出現(xiàn)，應(yīng)迅速減小點(diǎn)火提前角，控制供油負(fù)荷，實(shí)施故障診斷等。至于點(diǎn)火提前角具體修正數(shù)值，應(yīng)通過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)決定。一般點(diǎn)火提前角推遲2°~5°，就可以有效地消除爆震。所以，爆震控制系統(tǒng)的目的就是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作在輕微爆震狀態(tài)下，它是通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的爆震強(qiáng)度，并根據(jù)爆震強(qiáng)度修正點(diǎn)火提前角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)驗(yàn)中采用缸內(nèi)壓力和燃燒光強(qiáng)測(cè)量，分析判斷爆震燃燒。其中燃燒光強(qiáng)測(cè)量采用光纖傳感器，光纖傳感器測(cè)量裝置主要由光學(xué)探頭和傳輸光纖、單色濾光設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換裝置、信號(hào)處理和采集裝置等組成。試驗(yàn)在單缸實(shí)驗(yàn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖所示。
光學(xué)探頭有兩種形式，即獨(dú)立探頭式及火花塞內(nèi)鑲嵌式。前者可置于燃燒室壁的任何部位；后者由火花塞和嵌入其中的探頭構(gòu)成一體，安裝時(shí)無(wú)需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改動(dòng)，主要應(yīng)用于火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。通常光導(dǎo)纖維及光電轉(zhuǎn)換裝置對(duì)不同波長(zhǎng)的光，其響應(yīng)是不相同的，而且光纖存在不同程度的衰減，光電轉(zhuǎn)換裝置的峰值響應(yīng)也是不同的，因此，須對(duì)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)行標(biāo)定。
爆震始點(diǎn)采用信號(hào)變化率作為判據(jù)，根據(jù)爆震實(shí)驗(yàn)分析，分別對(duì)于壓力信號(hào)變化率dp/dθ和光信號(hào)變化率dL/dθ制定約定值，作為判據(jù)。爆震循環(huán)壓力及光信號(hào)的變化狀況，爆震始點(diǎn)(K點(diǎn))突出可見。
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