摘
要：普通增压汽油机在低速大负荷工况下，更容易产生一种由早燃引起的超级爆震，这种非正
常燃烧现象-"超级爆震"对发动机的破坏性极大。在台架上模拟高温环境，通过实验出增压汽油机在高温下的早燃情况，然后通过实验出解决汽油增压发动机在高温环境下的超级爆震问题。结果表明当环境温度与进气温度升高后汽油增压机出现早燃的倾向比正常温度下明显要增多，需要综合调整点火提前角，空燃比和降低增压压力才能有效控制汽油机在高温下早燃发生的次数。关键词：高温环境
增压汽油机
早燃
控制策略
中图分类号：U464.171
文献标识码：A
文章编号：2095-8234（2020）03-0032-04
Experiments and Control Strategies of Pre-ignition of
Turbo-charged Gasoline Engines under High
Temperature Environment
Huang Ronghui ，Ren Yuxiang ，Zhong Xiangbo ，Xu Lu
AIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.（Liuzhou ，Guangxi ，545007，China ）
Abstract ：Turbocharged gasoline engine is easier to produce Super-knock caused by pre-ignition at low speed and high load conditions ，and the abnormal combustion phenomenon is greatly harmful to the en -
gine.High temperature environment is simulated on the bench to trigger pre-ignition of the turbo-charged gasoline engine ，and to solve the super-knock problem through the experimental method under the high temperature environment.Results show that ，when the ambient and inlet temperatures rose up to a certain degree ，the tendency of pre-ignition significantly increased.The comprehensive adjustment of ignition ad -vanced angle and air-fuel ratio ，and decreasing of boost pressure can effectively control the frequency of pre-ignition at high temperatures.
Keywords ：High temperature environment ；Turbocharged gasoline engine ；Pre-ignition ；Control strategy 增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略
黄荣辉
任宇翔
钟翔波徐
璐
（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心
广西
柳州
545007）
作者简介：黄荣辉（1975-），男，硕士，工程师，主要研究方向为汽油机匹配。
小型内燃机与车辆技术
SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE
第49卷第3期2020年6月Vol.49No.3Jun.2020
引言
早燃是在火花塞点火之前，由于缸内温度过高将燃烧室内的混合气点燃而引起的一种汽油机异常
燃烧现象。当汽油机发生早燃后，缸内压力会迅速上升并且超过缸内压缩压力。早燃的前期燃烧阶段会导致未燃的终燃混合气压力及温度上升速度远超过正常火花塞点火产生的火焰前锋面的速度。如果早燃是在远离火花塞正常点火提前角的角度上发生
时，缸内的燃烧压力会远超过发动机在正常燃烧时
的压力，即会导致非常剧烈的爆震--超级爆震。超级爆震产生的巨大的燃烧压力和剧烈的缸压震荡将会对发动机造成很大的危害[1-2]。普通增压机在开发匹
配及耐久试验时往往仅在标准温度（环境温度为
25±5℃，中冷后进气温度45±5℃）下进行。实际生活中汽车是在不同地区不同季节的各种道路上行驶，发动机就得跟随整车在不同环境温度下运转。而整车上的进气中冷器大部分是由环境中的空气进行冷
第3期
图1
发动机燃烧室
却的，当环境温度升高后中冷器的冷却能力也会下降，这样进入发动机内的进气温度也会相应升高。因此，在标准条件下进行的试验发动机虽然无早燃
发生或早燃发生的次数在可接受范围内，但是当环境温度和进气温度都升高后可能会引发发动机发生较多的早燃，从而导致火花塞或发动机的其它运
转零部件损坏。
1试验台架与发动机
本实验采用一台排量为1.5L 四气门普通增
压汽油发动机，安装缸压火花塞和燃烧分析仪等设备后在AVL 台架上进行。在进行实验前先将台架间进气空调和环境空调关闭，仅往室内送风和抽风让台架内有新鲜空气进行循环。然后通过把发动机调到高
转速大负荷下运行来提升室内环境温度，当环境温度提高到目标值后关闭进气中冷器使中冷后的进气温度达到目标值。待环境温度和中冷后进气温度都达到目标值后就开始进行高温早燃试验。
试验发动机主要参数如表1所示。
试验所用主要设备如表2所示。
发动机燃烧室如图1所示。
2超级爆震测量及判断方法
目前汽油发动机的超级爆震判断标定标准主要
是以测量缸内发生的最大压力值为判断标准。本试验采用的发动机，设计正常燃烧时的最大缸内压力为8Mpa 左右，当发生超级爆震时缸内压力会远超正常燃烧值。对于本发动机，当缸内最大压力超过11Mpa 时就可判定发生了超级爆震。通过采用缸压
传感器将缸内压力信号接到燃烧分析仪后进行测量，并且同时接通爆震音箱通过音箱传出的燃烧声音进一步确认是否出现了超级爆震。图2为燃烧分析仪测量出的早燃信号图[3-6]。
3实验过程及结果
把发动机的水温、油温及进气温度和环境温度
调到目标值后调整发动机到目标转速和负荷，开始测量记录；当发动机发生早燃次数超过可接受范围时则停止实验，重新调整发动机的运行参数再继续试验。把满足早燃条件要求的发动机工况记录下来，主要记录在设定温度边界下满足早燃条件时发动机
发动机项目参数排量/L
1.5缸径×行程/（mm ×mm ）
7485压缩比10点火顺序1-3-4-2冷却液温度/℃88机油温度/℃90试验环境温度/℃55（以上）试验中冷后温度/℃
60，70，80
表1
发动机及实验调整参数
设备名称生产厂家测功机奥地利AVL 公司燃烧分析仪奥地利AVL 公司缸压传感器奥地利AVL 公司油耗仪奥地利AVL 公司姿仪
德国ETAS 公司
表2
实验设备清单
20181614121086420450
420360330300
270
曲轴转角/°CA 390正常燃烧
早燃
早燃
图2缸压传感器测量早燃
汽油喷油器
排气
进气
火花塞
黄荣辉等：增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略
33
小型内燃机与车辆技术第49卷
进气温度-2009.753039.7550.36069.7580.25空燃比修正
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1
1
0.94
0.88
表4进气温度空燃比修正系数表
对应的转速，增压压力，进排气VVT ，空燃比和点火
角以及在该工况下早燃发生的次数等关键数据，为后期的数据预设提供参考。
表3为1600rpm 早燃发生次数最多的工况下调整各种参数的早燃测量过程
结果。
由实验可得出随着环境温度及进气温度升高，进入燃烧室内的混合气温度也跟着升高，从而更容易引起汽油机发生早燃。图3为中冷后进气温度为60℃时1600rpm 全负荷工况实验过程中INDICOM 记录的早燃情况及超级爆震情况，温度升高到60℃后共触发早燃发生了13次，
有2次压力超过11Mpa，为超级爆震。
从以上实验结果可以看出，当进气温度升高后
发动机早燃倾向变大，容易引起超级爆震。
如果仅通过调整进、排气VVT 或喷油时刻，对发动机的高温
早燃影响不大；通过加浓空燃比并同时调整点火提前角后可以比较有效抑制超级爆震发生的次数。当进
气温度进一步升高后，把空燃比加浓到极限值也无法有效控制早燃的发生，此时只能在加浓空燃比和调整点火角的基础上再降低发动机的负荷才能够有效控制发动机早燃发生。
4高温早燃新数据预设
根据实验测量出发动机不同环境温度和进气
温度下的安全运行工况后，
将实验所得数据预设到发动机的ECU 控制模块中，主要有不同进气歧管温度对空燃比的修正表、不同冷却水温和不同进气歧管温度的点火角修正表和不同进气歧管温度增压压力限值表共3个预设表。以下为3个表格的预设值：
5新参数设置检查验证结果
将参数数据预设好后置于发动机上并在台架上
再进行高温实验，新数据在发动机上只有通过在不同温度下各个工况运行的4500个循环出现的超级
爆震次数均在可接受范围内，这个试验才算通过实验验证要求，新数据才可正式应用在整车上。
以下为新数据使用在发动机上后，在台架上对发动机的超级爆震测量结果：
高进气温度下调整负荷，空燃比，VVT 和点火角，
喷油相位转速/（r ·min -1）
循环数（个）时间/min 超级爆震/次
全负荷，空燃比=13.4，中冷温度=60℃，点火角=-13.75℃A 16001000 1.258全负荷，空燃比=13.4，中冷温度=60℃，进=20，排=716001000 1.257全负荷，空燃比=13.4，中冷温度=60℃，喷油相位=300℃A 16001000 1.259全负荷，空燃比=12.5
，中冷温度=60℃，未调点火角16001500018.758全负荷，空燃比=11.8，中冷温度=60℃，未调点火角16001500018.753全负荷，空燃比=11.0，中冷温度=60℃，点火角加1.25℃A 16001500018.751全负荷，空燃比=11.0，中冷温度=70℃，点火角减3.25℃A 16001000 1.255全负荷，空燃比=10.3，中冷温度=70℃，点火角减2.25℃A 16001000 1.252全负荷，空燃比=9.5，中冷温度=70℃，点火角减1.625℃A 16001500018.75890%负荷，空燃比=9.5，中冷温度=70℃，点火角减.25℃A 16001500018.75090%负荷，空燃比=9.5，中冷温度=80℃，点火角减6.75℃A 16001000 1.25785%负荷，空燃比=9.5，中冷温度=80℃，点火角减5.25℃A 16001000
1.25
280%负荷，空燃比=9.5，中冷温度=80℃，点火角减3.25℃A 16001500018.75675%负荷，空燃比=9.5，中冷温度=80℃，点火角减1.25℃A
1600
15000
18.75
表3参数调整及超级爆震测量结果
时间/s
654321
图3缸内压力及早燃记录
34
第3期
表7新数据验证超级爆震测量结果
新数据高温超级爆震
测量结果转速/（r ·min -1）循环数/
个时间/
min 超级爆震/次全负荷，中冷后温度=60℃14004500021.51全负荷，中冷后温度=70℃14004500021.50全负荷，中冷后温度=80℃14004500021.552全负荷，中冷后温度=60℃150045000201全负荷，中冷后温度=70℃150045000203全负荷，中冷后温度=80℃150045000200全负荷，中冷后温度=60℃16004500018.752全负荷，中冷后温度=70℃16004500018.751全负荷，中冷后温度=80℃16004500018.750全负荷，中冷后温度=60℃17004500017.651全负荷，中冷后温度=70℃17004500017.651全负荷，中冷后温度=80℃17004500017.650全负荷，中冷后温度=60℃180********.670全负荷，中冷后温度=70℃180********.671全负荷，中冷后温度=80℃180********.670全负荷，中冷后温度=60℃200045000150全负荷，中冷后温度=70℃200045000150全负荷，中冷后温度=80℃
2000
45000
15
进气温度/℃冷却水温/℃
9.750000000003000000000
450000
-5.62-6.75
60
00
0-0.37-1.12-2.2-6.4-11.2-11.669.75000-1.12-1.87-3.7-10-15.7-16.580.25000-2.25-3-6
-13
-18-18.4
99.750
00
-3.37
-6
-10-14-19.5-20.2
-20.25000000000-30-20.3-9.7502442609099.756结论
本文利用AVL 台架对一台普通增压汽油机进
行模拟高环境温度和高进气温度下的早燃情况，并在实验中寻出可以降低汽油机在高温环境和高进气温度下超级爆震发生次数的控制策略方法，使发动机能够在高温环境下安全运行。通过实验得到如下结论：
1）当环境温度与进气温度升高后发动机早燃倾
向变大，增压汽油发动机在高温环境下更容易频繁早燃引发超级爆震。
2）通过调整发动机的进、排气VVT 角度和调整
燃油在进气歧管喷射时间对早燃影响不明显，当环境温度和进气温度升高后无法通过调整VVT 和喷油时间来消除早燃或减少超级爆震。
3）当环境温度与进气温度升高幅度不大时（在60℃左右），可通过加浓空燃比和调整点火提前角来有效抑制早燃，减少超级爆震发生的次数，使汽油发动机在安全范围内正常运行。
4）当环境温度与进气温度进一步升高后，必须
上汽通用五菱汽车股份有限公司要通过加浓空燃比、减小点火提前角和降低发动机的负荷（降低增压压力）3个方面同时共同调整才能够有效控制早燃发生，使超级爆震发生在可接受范围内[7]。
参考文献
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6
Long Yan ，Wang Zhi ，Qi Yunliang ，et al.Effect of oil and
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kinetic model for n-cetane and heptamethylnonane based on a PRF reduced kinetic model[C].SAE Paper 2012-01-1576
（收稿日期：2019-11-04）
表5
水温和进气温度的点火角修正表
进气温度/℃发动机转速/（r ·min -1
）
9.7511111111130111111111451
1
1
1
1
1
1
1
1
60
0.90.90.90.90.90.90.90.90.969.750.850.850.850.850.850.850.850.850.8580.250.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.80.899.750.750.750.750.750.750.750.750.75
0.75
-
20.2511111111199212161408160017922016300840004992
表6
进气温度的增压压力限值表
黄荣辉等：增压汽油机在高温环境下早燃实验及控制策略
35
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