气缸压力测量

什么是气缸压力测量?

气缸压力测量是对气缸压力进行指示分析的基础:一种测量和分析往复式活塞内燃机气缸内压力曲线的计量方法。

由于涉及高压,气缸内压力测量也称为"高压指示"。而“低压指示”则是气缸压力测量的附加类型,它在发动机的换气过程进行,以确定进气和排气系统中的压力。因此,在每个工况下,测量的压力可以分配给内燃机的特定工作阶段,计算中包括活塞位置(曲轴转角)或时间。

上述测量方法提供了发动机研发和调优所需的数据。同时,它们也是发动机制造商遵守日益严格的废气法规、优化发动机效率的基本依据。 

通过测量气缸压力确定的缸压曲线是气缸压力指示最重要的信息来源。气缸压力指示表征了燃烧过程中的热力学特征和发动机功率等一系列信息。基于这些信息,对发动机的如下进方面行优化:

  • 提高效率
  • 提高功率/性能
  • 减少排放
  • 延长发动机寿命

气缸压力测量适用于哪些发动机?

气缸压力测量主要适用于:

  • 汽车、摩托车和载货车发动机
  • 大型船舶发动机,如船舶二冲程和四冲程柴油发动机
  • 发电机组,如发电厂大功率发动机

气缸压力测量使用何种测量技术?

气缸压力测量主要使用压电式高温压力传感器。该传感器通过气缸盖打孔安装或者集成在测量火花塞中。测量火花塞能够替换原始火花塞,因此无需额外开孔。对于柴油发动机,也可以使用预热塞适配器进行测量。

气缸压力测量链由电荷放大器、数据采集系统和软件组成。在汽车行业中,也有创新性的集成燃烧分析系统,该系统在单一设备中集成数据采集和分析评估功能,并同时支持台架和车载测量。

为什么测量气缸压力变化至关重要?

通过测量气缸压力确定的缸压曲线是缸内燃烧过程分析最重要的信息来源。从原理上讲,往复式内燃机是热力发动机:通过燃烧,将燃料-空气混合物中的化学能转化为机械能和热量。

发动机开发人员的目标是从这一转换过程中获得尽可能多的机械功,从而使效率最大化。在此过程中,获取基于曲轴转角的缸压大小和变化信息至关重要。这种压力变化可以反映燃烧过程,也为开发人员指示能量在发动机中的转换过程。活塞在一个燃烧循环中所做的全部机械功是由燃烧室的压力和相关的体积变化得到的。

气缸压力变化具有哪些特征值?

气缸压力变化的关键特征值是峰值压力Pmax和指示平均有效压力IMEP。

如何使用光学燃烧分析技术测量气缸压力?

光学燃烧分析技术是气缸压力测量的有效补充,并为优化燃烧过程提供了更多选择。光学燃烧分析技术使用先进的光纤探头准确记录燃烧爆震起始点、早燃以及燃烧室碳烟生成。光纤探头可集成至所有类型的火花塞中。同时,还可使用缸内高速成像系统辅助气缸压力测量。该系统可集成高速相机和内窥镜,对喷射或火焰传播等进程进行高速图像采集。

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