0 前言

目前国内外乘用车广泛采用增压发动机，且高强度化、小型化趋势日趋明显，不可避免地带来了早燃问题。为了深入分析进气温度和冷却液温度对早燃发生概率的影响，本文阐述专项台架和整车早燃试验，测试发动机在正常和劣化两种条件下的早燃发生频次，为发动机早燃研究提供指导。

1 发动机选择

本次试验选用了一款涡轮增压直列四缸发动机，详细参数见表1。

为了增加早燃发生概率和便于研究，试验用发动机压缩比为10，试验前对影响早燃的相关零部件进行了检测，全部满足设计要求，主要检测项包括：发动机压缩比、气道滚流比、活塞燃烧室容积、气缸盖燃烧室容积和气缸压缩压力等。

2 试验方法

试验包括发动机台架专项早燃试验和发动机搭载整车早燃专项测试两部分，台架试验包括正常和劣化两种状态试验边界，整车早燃试验为吐鲁番夏季高温环境下早燃验证试验。

正常试验边界：进气歧管气体温度25℃，冷却液温度95℃。

劣化试验边界：进气歧管气体温度65℃，冷却液温度110℃。

2.1 台架专项早燃试验

发动机按照磨合规范正常磨合并测试性能，确认发动机正常后进行专项早燃测试。早燃耐久试验工况按照表2依次进行，用INCA记录早燃次数。

2.2 整车专项早燃试验

台架早燃试验结束后将发动机搭载至整车上，并在吐鲁番高温环境下进行整车专项早燃测试，试验条件按照当地温度环境进行。

试验时间为吐鲁番2023年6月29日至7月11日，期间平均最高温度约40℃，平均最低温度约29℃，环境温度变化情况如图1所示，试验地点在七泉湖公路坡道，累计6.1km。

图1 吐鲁番环境温度变化

试验方法：车辆原地怠速2min，手动档模式，节气门全开加速，起步后快速升至高档位，使发动机转速处于2000r/min以下大负荷区域工作，INCA记录早燃次数。

3 试验结果及数据分析

3.1 台架早燃试验结果

台架早燃测试结果如图2所示，为发动机早燃发生次数之和，劣化前发动机累计发生早燃11次，劣化条件下早燃次数增加至115次，增加约10.5倍，说明劣化条件下早燃发生概率大幅增加。

图2 台架早燃测试结果

图3为不同转速早燃发生次数，1500r/min早燃次数增加5倍，1750r/min早燃次数增加20倍，2000r/min早燃次数增加5倍，从各转速早燃情况可以看出劣化条件下早燃发生频次大幅提升。

图3 劣化前后早燃次数

图4为发动机1500r/min劣化前后发动机最大转矩对比，可以看出劣化条件下发动机转矩无法达到正常条件水平，转矩较正常条件下低约30N·m，原因为ECU通过爆燃传感器监控到爆燃严重且频次较高，出于保护发动机的目的，修正点火角，导致发动机转矩偏低。

图4 1500r/min劣化前后发动机最大

图5为发动机1750r/min劣化前后发动机最大转矩对比，可以看出劣化条件下发动机转矩无法达到正常条件水平，转矩较正常条件下低约20N·m，原因为ECU通过爆燃传感器监控到爆燃严重且频次较高，出于保护发动机的目的，修正点火角，导致发动机转矩偏低。

图5 1750r/min劣化前后发动机最大转矩对比

图6为发动机2000r/min劣化前后发动机最大转矩对比，可以看出劣化条件下发动机转矩无法达到正常条件水平，转矩较正常条件下低约20N·m，原因为ECU通过爆燃传感器监控到爆燃严重且频次较高，出于发动机保护，修正点火角，导致发动机转矩偏低。

图6 2000r/min劣化前后发动机最大转矩对比

3.2 整车早燃试验结果

本次整车早燃测试，共进行8个循环爬坡测试，早燃结果见表3，累计发生23次早燃，发生早燃时发动机转速在1600～1800r/min之间，进气歧管内气体温度57～59℃，进气歧管内压力97～113kPa，发动机爆燃推角最大12°CA。

图7为整车早燃试验发生早燃时的发动机转矩，可以看出，在早燃发生时发动机转矩在150～250N·m之间，处于发动机中等负荷偏上，但未达到外特性最大转矩。

图7 早燃时的发动机转矩

图8为整车早燃试验发生早燃时的发动机进气歧管压力，可以看出，早燃发生时进气歧管压力已超过正常条件下发动机最大转矩时的进气歧管压力，说明高进气温度条件下，为了实现较高的发动机转矩输出，增压器工作剧烈，使进气歧管内压力明显增加，但由于气体温度高，进气歧管压力达到一定值以后发生早燃。

图8 早燃时的发动机进气歧管压力

图9为整车爬坡工况发动机各缸爆燃推角表现，可以看出每个气缸都存在连续性爆燃现象，爆燃推角最大12°CA，说明高进气温度条件下，发动机爆燃和早燃发生概率明显增加。

图9 爬坡工况发动机各缸爆燃推角

4 结论

（1）台架早燃试验中，正常条件下早燃次数较少，劣化条件下，发动机早燃发生频次明显增加，可达10倍以上。

（2）台架早燃试验中，正常条件下发动机性能正常，劣化条件下，由于高进气温度导致爆燃严重，发动机无法达到目标转矩。

（3）整车早燃试验中，夏季高温环境下，发动机进气歧管内温度和压力较高，早燃和爆燃频次明显增加。

参考文献

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2] 李元平，平银生，尹琪.增压缸内直喷汽油机早燃及超级爆燃试验研究[J].内燃机工程，2012，33(5):63-66.

[3] 王志，龙岩，王建昕.增压汽油机中早燃和超级爆燃的研究进展.汽车安全与节能学报[J]，2015.6(1):17-29.

[4]中国国家标准化管理委员会.GB/T18297-2013汽车发动机性能试验方法[S].北京：中国标准出版社，2013.

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