10第十讲爆燃控制与点火提前角控制

1、爆震传感器爆震传感器 第一节第一节 概概 述述 一、爆燃传感器一、爆燃传感器 汽油发动机是利用火花塞产生的电火花将一小团流经汽油发动机是利用火花塞产生的电火花将一小团流经 火花混合气点燃，使火焰在混合气中不断扩展传播进行燃火花混合气点燃，使火焰在混合气中不断扩展传播进行燃 烧，直至燃烧完。烧，直至燃烧完。 尽管混合气燃烧迅速，但是火焰传播到直至燃烧完，尽管混合气燃烧迅速，但是火焰传播到直至燃烧完， 约为约为2ms3ms，为了使发动机有较好动力性、经济性，因，为了使发动机有较好动力性、经济性，因 此要在压缩行程中活塞到达上止点之前点燃混合气。此要在压缩行程中活塞到达上止点之前点燃混合气。 点火时

2、刻过早，大部分混合气在压缩行程的末期燃烧，点火时刻过早，大部分混合气在压缩行程的末期燃烧， 使气缸内的温度和压力过早的升高，压缩行程就会消耗较使气缸内的温度和压力过早的升高，压缩行程就会消耗较 多的功。多的功。 由于点火过早，使最后燃烧部分混合气在燃烧前受到由于点火过早，使最后燃烧部分混合气在燃烧前受到 高温高压的影响，容易引起爆燃。高温高压的影响，容易引起爆燃。 （一）汽油机爆震燃烧产生的机理（一）汽油机爆震燃烧产生的机理 在过高的高温高压作用下，有时离火花塞最远的那部在过高的高温高压作用下，有时离火花塞最远的那部 分混合气以远超过正常火焰传播的速度，使未燃的混合气分混合气以远超过正常火焰传

3、播的速度，使未燃的混合气 瞬间燃烧完毕。由于燃烧极为迅速，气体容积来不及膨胀，瞬间燃烧完毕。由于燃烧极为迅速，气体容积来不及膨胀， 而温度和压力则急剧增加，这样，压力来不及传给气缸内而温度和压力则急剧增加，这样，压力来不及传给气缸内 其他部分气体，形成气缸内部局部气体压力增高，生成压其他部分气体，形成气缸内部局部气体压力增高，生成压 力波。这种压力波以超音速传播，撞击燃烧室壁、活塞、力波。这种压力波以超音速传播，撞击燃烧室壁、活塞、 气缸壁而使之振动，发出尖锐的敲击声。这种现象就是气缸壁而使之振动，发出尖锐的敲击声。这种现象就是爆爆 震燃烧，震燃烧，简称简称爆燃爆燃或或爆震爆震。 发动机工作时

4、，如果持续产生爆燃，不但引起汽缸体、发动机工作时，如果持续产生爆燃，不但引起汽缸体、 汽缸盖和进气歧管等薄壁构件的高频振动，以及运动机构汽缸盖和进气歧管等薄壁构件的高频振动，以及运动机构 的冲击载荷，产生很大噪声最终导致机件损坏，而且火花的冲击载荷，产生很大噪声最终导致机件损坏，而且火花 塞电极或活塞很可能产生过热、熔损等现象，造成发动机塞电极或活塞很可能产生过热、熔损等现象，造成发动机 严重故障，因此必须防止爆燃的产生。严重故障，因此必须防止爆燃的产生。 1）改进燃烧室和进气系统结构）改进燃烧室和进气系统结构 （二）（二） 爆震燃烧的控制方法爆震燃烧的控制方法 2） 改变燃油品质改变燃油品质

5、 发动机发出最大转矩的点火刻发动机发出最大转矩的点火刻(MBT)是在开始发生爆震是在开始发生爆震 点火时刻点火时刻 (爆震界限爆震界限)附近。附近。 对无爆震控制的点火系统，为了防止爆震的产生，其对无爆震控制的点火系统，为了防止爆震的产生，其 点火时刻的设定远离爆震边缘，这势必会降低发动机的效点火时刻的设定远离爆震边缘，这势必会降低发动机的效 率，增加燃油消耗。率，增加燃油消耗。 具有爆震控制功能的点火系统能使点火时刻到爆震边具有爆震控制功能的点火系统能使点火时刻到爆震边 缘只有一个较小的余量，这样既可控制爆震的发生，又能缘只有一个较小的余量，这样既可控制爆震的发生，又能 更有效地得到发动机的

6、输出功率。这一功能是由点火控制更有效地得到发动机的输出功率。这一功能是由点火控制 系统系统ECU来完成的。来完成的。 3）精确控制点火时刻）精确控制点火时刻 由于爆燃和点火时刻有密切关系，在一定范围内点火时由于爆燃和点火时刻有密切关系，在一定范围内点火时 刻提前，燃烧的最大压力就高，因而容易产生爆燃。如图所刻提前，燃烧的最大压力就高，因而容易产生爆燃。如图所 示为爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系。示为爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系。 爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系 爆燃范围爆燃范围 安全余量安全余量 有爆燃控制有爆燃控制 无爆燃控制无爆燃控制 有爆燃控制有爆

7、燃控制 无爆燃控制无爆燃控制 点点 火火 时时 刻刻 转转 矩矩 发动机发出最大转矩的点火时刻（发动机发出最大转矩的点火时刻（MBT）是在开始产生）是在开始产生 爆燃的点火时刻的附近。因此在设定点火时刻时，应留有离爆燃的点火时刻的附近。因此在设定点火时刻时，应留有离 开爆燃极限的安全余量。开爆燃极限的安全余量。 无爆燃控制时，为使其在最恶劣的条件下，如使用劣质无爆燃控制时，为使其在最恶劣的条件下，如使用劣质 燃油、发动机磨损、燃烧室内积碳等也不致产生爆燃，因此燃油、发动机磨损、燃烧室内积碳等也不致产生爆燃，因此 留的安全余量就更大些，这时的点火时刻比发出最大转矩时留的安全余量就更大些，这时的点

8、火时刻比发出最大转矩时 的点火时刻滞后较多，故转矩降低。的点火时刻滞后较多，故转矩降低。 若用若用爆燃传感器爆燃传感器能检测到爆燃，就可以把点火时刻控制能检测到爆燃，就可以把点火时刻控制 到接近爆燃极限的位置，以便能更充分发挥发动机的潜力。到接近爆燃极限的位置，以便能更充分发挥发动机的潜力。 尤其是在装有尤其是在装有废气涡轮增压器废气涡轮增压器的发动机上，由于使用绝的发动机上，由于使用绝 热增压的空气燃烧，发生爆燃的可能性更大，更需采用爆燃热增压的空气燃烧，发生爆燃的可能性更大，更需采用爆燃 控制。这样可以同时控制控制。这样可以同时控制点火提前角推迟点火提前角推迟和和打开废气旁通阀打开废气旁通

9、阀 降低增压压力，更有效的抑制燃烧。降低增压压力，更有效的抑制燃烧。 （三）（三） 爆燃控制系统爆燃控制系统 ECU ESA Electronic Spark Advance，点火提前角点火提前角 1. 1. 爆燃控制系统的组成爆燃控制系统的组成 电压元件电压元件 圆圆 盘盘 电压元件电压元件 平衡块平衡块 电电 器器 连接装置连接装置 外壳外壳 爆爆 燃燃 传感器传感器 火花塞火花塞 电电 器器 连接装置连接装置 外壳外壳 安装螺纹安装螺纹 共振型共振型非共振型非共振型火花塞金属垫座型火花塞金属垫座型 2.2.爆燃传感器的类型爆燃传感器的类型 1）压力传感器型）压力传感器型：利用各缸火花塞的

10、垫圈部位各装一个压电：利用各缸火花塞的垫圈部位各装一个压电 元件来检测爆燃信息。元件来检测爆燃信息。 2）振动传感器型）振动传感器型：在发动机汽缸或进气岐管上对爆燃引起振：在发动机汽缸或进气岐管上对爆燃引起振 动较灵敏的部位装爆燃传感器，一般四缸机装一个，六缸动较灵敏的部位装爆燃传感器，一般四缸机装一个，六缸 机和机和V型六缸机装两个。型六缸机装两个。振动传感器型又分为非共振型和振动传感器型又分为非共振型和 共振型两类，在第二节介绍其结构和原理。共振型两类，在第二节介绍其结构和原理。 爆燃传感器爆燃传感器 爆燃传感器结构和检测爆燃传感器结构和检测 3. 3. 爆燃控制的判断爆燃控制的判断 传传 感感 器器 输输 出出 电电 压压 V 产生爆燃产生爆燃 频率频率 / / kHz 无爆燃无爆燃 发动机转速一定发动机转速一定 1 1）爆燃信号的判断）爆燃信号的判断 2 2）ECU中的中的爆燃判别电路爆燃判别电路 3 3）爆燃判别的范围）爆燃判别的范围 判断范围判断范围 爆燃传感器信号爆燃传感器信号 曲轴位置信号曲轴位置信号 各缸上止点各缸上止点 0240 第一缸第一缸第五缸第五缸第三缸第三缸第六缸第六缸 360120 爆燃爆燃 爆爆 燃燃 判判 别别 的的 范范 围围 爆燃判断范围爆燃判断范围 以外强振信号以外强振信号 爆燃判断范围爆燃判断范围 4 4）点火提前角闭环