一種新型發(fā)動機(jī)失火檢測方法的探討

摘要：發(fā)動機(jī)是機(jī)械設(shè)備、車輛運(yùn)行的核心動力來源，如果其在實際應(yīng)用的過程中出現(xiàn)了失火問題，不但會為我們設(shè)備的使用造成安全隱患，同時也會在失火的過程中排放出大量的有害氣體。對此，就需要我們能夠做好發(fā)動機(jī)準(zhǔn)確、及時的失火檢測以及故障處理工作。在本文中，將就一種新型發(fā)動機(jī)失火檢測方法進(jìn)行一定的分析與探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī) 失火檢測方法 探討

1 概述

發(fā)動機(jī)失火是發(fā)動機(jī)實際應(yīng)用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)的一類問題，失火現(xiàn)象的出現(xiàn)，不僅會對發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，其在失火過程中所排出的有害氣體也會對環(huán)境以及催化劑等造成很大的危害。對此，就需要我們能夠通過準(zhǔn)確的失火檢測以及及時、有效的故障處理減少發(fā)動機(jī)因失火情況所出現(xiàn)的有害氣體排放，并在此過程中提升發(fā)動機(jī)的使用價值。對于目前來說，我們對發(fā)動機(jī)失火情況進(jìn)行檢測主要是使用曲軸轉(zhuǎn)速波動法進(jìn)行，但是對于這種方式來說，如果路面情況不佳，就很容易因為判斷的不準(zhǔn)確而出現(xiàn)誤判的情況，且這種檢測方式對于信號的處理也具有一個較為復(fù)雜的過程，往往涉及到很多的信號控制理論，在實用性方面也不具有很好的效果。對此，我們就需要在這種方法的基礎(chǔ)上開發(fā)出更為直觀、易用的新型失火檢測方法。

2 離子電流法

2.1 概述 離子電流法是我國目前新研究開發(fā)出的一種發(fā)動機(jī)檢測方式，其通過發(fā)動機(jī)火花塞為傳感器，通過外加偏置電壓的方式在火花塞點火時發(fā)動機(jī)缸內(nèi)可燃混合氣在燃燒過程中生成的離子和自由電子在偏置電壓的作用下離子和自由電子發(fā)生平移，在這種情況下，火花塞的正負(fù)極間會形成一個持續(xù)的離子電流，以此幫助我們對發(fā)動機(jī)所具有的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行良好的檢測，并在此基礎(chǔ)上達(dá)成對發(fā)動機(jī)實時監(jiān)控的目的。

2.2 原理 在發(fā)動機(jī)工作時，點火線圈會將點火所具有的能量傳入到火花塞之中，使缸內(nèi)所具有的可燃混合氣出現(xiàn)燃燒的情況，并引起燃油同氧氣之間的燃燒化學(xué)反應(yīng)。而在這個反應(yīng)的過程中，在生成離子的同時也會產(chǎn)生數(shù)量較多的電子，這部分自由電子和離子則能夠在燃燒區(qū)中隨著火焰燃燒過程的變化而隨之發(fā)生數(shù)量上的變化。

3 失火檢測

3.1 正常燃燒的離子電流波形 在試驗過程中，我們測得在正常燃燒中發(fā)動機(jī)中的離子電流波形如圖1所示：

由圖1可知，信號在燃燒的開始階段出現(xiàn)了一個較為明顯的負(fù)向脈沖情況，而這種情況的出現(xiàn)則代表著火花塞跳火將發(fā)動機(jī)缸中的可燃混合氣進(jìn)行了點燃，且這個值通常情況下會被控制在-15V至0V之間。而在距離點火一定時間之后，在缸內(nèi)的信號中也會出現(xiàn)了一個較為明顯的正向峰值，該值則代表了火焰在缸中全部的燃燒過程，且所具有的幅值大于20V。

3.2 失火情況下的離子電流波形 對于發(fā)動機(jī)來說，其出現(xiàn)失火的原因有很多種，比如點火能力降低、缸內(nèi)混合氣過稀、點火系統(tǒng)火花塞積碳、漏氣難以建立壓力等。而在我們本次試驗中，則以火花塞積碳、調(diào)整火花塞間隙以及切斷高壓線等方式引起發(fā)動機(jī)的失火。

3.2.1 增大火花塞間隙。火花塞所具有的間隙情況同火花塞的點火性能具有著較為密切的聯(lián)系，將直接對發(fā)動機(jī)所具有的排放情況以及綜合性能產(chǎn)生影響。當(dāng)火花塞間隙增加時，火核形成的位置將離開壁面，并以此避開壁面附近殘余廢氣可能產(chǎn)生的影響。而在火核形成的過程中，電極將從火核中吸收能量。如果這部分熱量吸收過大，則火核可能不能形成，而這也被稱之為電極的“消焰”作用。同時，當(dāng)間隙增大時，消焰作用也會因此而減弱。根據(jù)此種情況，則可以使我們了解到火花更適合于點燃較為稀薄的混合器。在火花塞方面，我們使用較多的是間隙為0.5至0.8mm的火花塞，而當(dāng)間隙超過1.1mm時我們則稱之為寬間隙火花塞。如果我們使用間隙更寬的、間隙為1.5至2mm間的火花塞，其所具有的擊穿電壓則會更高。

在本次試驗中，我們將發(fā)動機(jī)正常工作間隙控制在0.6mm，并在逐步將間隙增大到1.4mm時出現(xiàn)了失火的現(xiàn)象，并在間隙繼續(xù)增大到1.5、1.6mm之后則出現(xiàn)了更為明顯的失火現(xiàn)象。在該種方式下所獲得的發(fā)動機(jī)波形如圖2所示：

3.2.2 火花塞積碳。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行的過程中，火花塞積碳也是經(jīng)常出現(xiàn)的一種故障類型。一般來說，如果火花塞積碳情況不是非常嚴(yán)重，其對于發(fā)動機(jī)所能夠造成的影響也不會很大。但是隨著發(fā)動機(jī)使用時間的增加、積碳逐漸的增多，則將會對發(fā)動機(jī)的正常工作產(chǎn)生較大的影響：當(dāng)積碳數(shù)量增多時，由于碳所具有的導(dǎo)電性，火花塞電極同側(cè)電極之間所具有的積碳就會引起火花塞能量嚴(yán)重分流或者火花塞高壓短路情況，并以此導(dǎo)致出現(xiàn)了發(fā)動機(jī)火花微弱以及火花塞能量下降的情況，進(jìn)而最終導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)失火。而在本實驗中，我們以汽油噴燈在火花塞中燒制出厚度各不相同的積碳，并測得離子電流信號如圖3所示。

3.2.3 切斷高壓線供電。當(dāng)我們拔掉高壓線、切斷向火花塞傳送電流時，就會使火花塞兩極間不能夠被擊穿。這種方式可以說是在實驗室中較為直接的一種引起發(fā)動機(jī)失火方法，但是對于這種方式來說，在操作過程中也具有著一定的風(fēng)險，需要我們謹(jǐn)慎操作以保障操作的安全性。通過這種方式所采集的失火圖形如圖4所示：

3.3 失火同正常燃燒離子電流信號所存在的差別 從上述我們測得的圖形中，可以幫助我們以較為直觀的方式對發(fā)動機(jī)正常燃燒同失火情況下所具有信號的特點與區(qū)別進(jìn)行觀察。其中，我們可以看到，掉電情況同火花塞間隙增大情況所具有的波形情況較為類似，因為對于這兩種方式的失火情況來說都是由于不能夠完全擊穿火花塞間隙所造成的，在本質(zhì)上屬于同一個類別。而對于火花塞積碳增加的情況來說，雖然其能夠擊穿點火，但是由于進(jìn)行點火的能量依然較弱，則會出現(xiàn)缸內(nèi)燃燒的正向峰值低于正常燃燒時峰值的情況，而通過該值也可以幫助我們對發(fā)動機(jī)的失火情況進(jìn)行判斷。

可以說，經(jīng)過上述的分析可以使我們認(rèn)識到：失火是發(fā)動機(jī)實際運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的一種非正常燃燒現(xiàn)象，對于發(fā)動機(jī)的排放以及綜合性能會產(chǎn)生一定的影響。而通過火花塞傳感器的應(yīng)用，則能夠以較為簡單、低廉以及直觀的方式對失火信號進(jìn)行檢測。而當(dāng)火花塞間隙過大、火花塞積碳和斷電情況出現(xiàn)時，也會使發(fā)動機(jī)出現(xiàn)失火現(xiàn)象，且此時其所具有的電流波形同發(fā)動機(jī)正常燃燒的波形則具有著很大的區(qū)別，根據(jù)這種特征，也可以使我們根據(jù)其幅值的變化對發(fā)動機(jī)的失火現(xiàn)象進(jìn)行檢測。

4 結(jié)束語

在上文中，我們對一種新型發(fā)動機(jī)失火檢測方法進(jìn)行了一定的研究與探討，而在我們后續(xù)檢測工作開展的過程中，也可以利用本研究所獲得成果，從而以更為簡單、易行的方式做好發(fā)動機(jī)失火檢測工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]滿朝，吳筱敏，高忠權(quán)，孟祥文，黃佐華，婁玉峰.不同位置電極附近溫度與焰后區(qū)離子電流的關(guān)系[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報，2011（03）：260-

264.

[2]高忠權(quán)，吳筱敏，向往，宋軼明，皮敏，黃佐華.電極結(jié)構(gòu)對離子電流影響的試驗研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報，2008（04）：364-368.

[3]周竹杰，魏若男，周蓉芳，唐安東，高忠權(quán)，吳筱敏.離子電流法在不正常點火中的實驗?zāi)M[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2013（01）：43-47.

[4]曹銀波，張志永，沈康，李理光.離子電流檢測系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（09）：1369-1375.

作者簡介：

喬秀春（1965-），男，山東淄博人，大學(xué)本科，高級講師，研究方向：機(jī)械液壓技術(shù)、汽車檢測與維修技術(shù)等。