发布于 06-24 21:20:51
一、爆燃传感器的作用
1.发动机的爆燃及其影响
（1）发动机爆燃与正常燃烧的区别
汽油发动机正常的燃烧是火花塞电极跳火，点燃其周围的混合气，然后火焰迅速向外扩展，点燃整个燃烧室的混合气。爆燃则是因先燃烧的部分混合气膨胀而压缩未燃烧部分的混合气，使其温度上升到自燃温度后，这些混合气突然全部自燃造成的。也就是说，正常燃烧是从火花塞跳火的火焰核心开始，通过火焰传播使整个燃烧室的混合气燃烧，而爆燃则是在火焰未到达之处的混合气自燃，形成了爆炸式燃烧。
发动机爆燃时，气缸内会产生很高的压力冲击波，使缸体产生振动，并与活塞撞击而发出尖锐的金属敲击声。
（2）发动机爆燃的影响
1）过高温度引起排污增加。发动机爆燃时，其温度会急剧升高，在这样的高温下，会使燃烧产物CO2发生热分解，不仅分解出CO，还析出游离炭C，使排气管中出现黑烟和火星。此外，过高的温度还会使NOx的排放增加。
2）压力冲击波破坏缸壁气膜。爆燃时产生的压力波及灼热气体对燃烧室和气缸壁表面的往复冲击，破坏了其表面具有一定隔热作用的气膜，使高温气体向气缸壁的传热增加，引起气缸等零件的温度升高，热量损失增大，从而导致发动机过热，功率降低，油耗增加。
3）过高压力造成机械损伤。发动机爆燃时，气缸内产生过高的压力，使零件所受的载荷增大而加速磨损，缩短使用寿命，严重时还会引起活塞和气门的烧坏、轴瓦破裂、火花塞绝缘体损坏等故障。
可见爆燃对发动机是极其有害的，发动机必须避免爆燃。
2.爆燃与点火时间
从发动机爆燃的形成可知，点火时间早，火花塞跳火时混合气的温度较低，火焰的传播速度较慢，在离火焰核心较远处较容易受已燃混合气温度和膨胀压力的影响而产生自燃。也就是说，在一定的范围内，点火时间越早，就越容易产生爆燃。
避免发动机爆燃最直接的方法是减小点火提前角（推迟点火时间），但点火时间过迟会导致混合气燃烧不及时，发动机的功率下降。最理想的点火时间是能使发动机的燃烧接近爆燃，但又不会爆燃。
3.爆燃传感器的作用
（1）无爆燃推迟点火修正控制的问题
前面已经提到了最佳的点火时间应该是点火提前角增大到接近爆燃的临界点，而爆燃的临界点火提前角随发动机的转速和负荷改变，其变化是很不规则（非线性）的。为实现这样的点火时间控制，通常是在发动机ECU的只读存储器（ROM）中，储存大量的最佳点火提前角参数，这些最佳的点火提前角值均是通过试验确定的。
图8-1 插值法计算点火提前角示意图
1—特定工况点火提前角 2—插值法计算的点火提前角线 3—开环控制避免产生爆燃的特定工况点火提前角
由于试验只能做具有代表性的特定工况，特定工况以外的其他工况有无数多个，这些工况下的点火提前角值是在发动机工作时，由ECU通过插值法计算得到。也就是说，在特定工况点中间的区域内，点火提前角还是一种线性控制。这样，如果试验确定的特定工况的点火提前角太靠近爆燃区，特定工况之间的其他工况通过插值计算得到的点火提前角就有可能过大（进入爆燃区）而使发动机产生爆燃（图8-1）。为避免发动机产生爆燃，没有爆燃推迟点火控制的开环电子点火控制系统，在由试验确定特定工况下的最佳点火提前角值时，需要离爆燃区远一些（点火提前角小些）。这样，就会使发动机在许多工况下的点火提前角都偏小于最佳值，致使发动机的功率不能充分发挥。
（2）爆燃推迟点火控制的作用
如果有爆燃推迟点火提前角控制，由试验确定的特定工况下的点火提前角值就可以尽量地靠近爆燃极限点，当非特殊工况计算得到的点火提前角进入了爆燃区而使发动机产生爆燃时，爆燃推迟点火提前角控制就起作用，迅速地减小点火提前角，及时消除爆燃。因此，采用爆燃推迟点火提前角控制，不仅可及时消除发动机的爆燃燃烧，还可使点火提前角控制更接近于最佳值，发动机的功率得以更充分的发挥。对于采用涡轮增压的发动机，爆燃推迟点火提前角控制就更具有实际意义了。
爆燃传感器的作用是：监测发动机的燃烧情况，一旦爆燃，就将发动机爆燃信息传送给ECU，进行爆燃推迟点火控制，避免发动机爆燃，并使发动机发挥出更大的功率。
二、爆燃的识别与控制过程
1.爆燃的识别
如前所述，发动机爆燃的外部特征是气缸内压力异常、缸体高频振动和尖锐的敲缸声，因此，通过监测气缸内的压力、缸体的振动及噪声均可辨别发动机是否爆燃。从发动机的工作环境和信号检测的可靠性出发，汽车上广泛应用的爆燃识别参数是缸体的振动。
由于爆燃传感器输出的振动电压信号中，包含有非爆燃振动所产生的其他频率成分，因此，需要用识别电路来鉴别爆燃信号。不同类型的爆燃传感器，其爆燃信号的识别电路也有所不同。典型的爆燃信号判别电路如图8-2所示。
图8-2 爆燃信号判别电路
1—爆燃传感器 2—滤波电路 3—爆燃判断区间信号 4—峰值检测 5—比较基准产生电路 6—爆燃判定比较器 7—爆燃信号输出 8—微处理器
滤波器用于滤掉非爆燃振动电压信号，以进一步提高信噪比，使爆燃判别更为准确。比较基准电路根据传感器的输入信号产生一个比较基准值，利用比较器将信号电压波形的峰值与基准值比较，判断是否发生爆燃。信号峰值超过基准值的，比较器就会有爆燃信号输出，送入微处理器。
因为爆燃只可能在发动机气缸燃烧期间发生，因此爆燃判别也只需在此期间进行。这样可避免发动机其他的振动干扰而引起的误判。爆燃的强度以判定爆燃期内测得的超过比较基准值的次数来确定。信号峰值超过比较基准值次数越多，说明爆燃越强。爆燃判定波形示例如图8-3所示。
图8-3 爆燃判定波形
1—爆燃判定期间 2—爆燃判定基准值 3—爆燃传感器输出信号 4—爆燃判定值
2.爆燃推迟点火提前角控制方式
当电子控制器检测出爆燃时，就立刻使点火提前角减小；而当爆燃消失时，又使点火提前角恢复至原调定值。如果电控单元在点火提前角恢复过程中又检测到了爆燃信号，则又继续减小点火提前角。其控制过程如图8-4所示。
图8-4 爆燃推迟点火控制过程
爆燃推迟点火时间和爆燃消失后的点火时间恢复控制有三种形式：
①发动机爆燃发生时，慢慢地推迟点火，并逐步减小修正量；爆燃消失时，则慢慢恢复点火提前角。这种方式的缺点是会使爆燃持续较长的时间。
②发动机爆燃时，迅速大幅度推迟点火时间，爆燃消失后，再慢慢恢复到原调定的点火提前角。这种方式可使发动机爆燃迅速消除，缺点是点火过迟的持续时间较长。
③发动机爆燃时，迅速大幅度减小点火提前角，然后快速恢复。此种方式可迅速消除爆燃，且可避免发动机较长时间处于点火过迟状态。但其缺点是点火提前角变动大，易引起发动机转矩的波动。
3.爆燃信号缺失的补救措施
采用爆燃传感器的点火控制系统的工作方式，被称为闭环工作方式。在闭环控制过程中，由于点火时间控制接近于爆燃的极限，对爆燃传感器准确可靠的信号十分依赖，一旦爆燃传感器无信号或信号不准确，就很容易发生爆燃。
发动机爆燃的危害性很大，在发动机工作过程是应绝对避免的。为避免因爆燃信号缺失而使发动机出现爆燃，在发动机ECU的自诊断系统中，通常设有爆燃传感器故障运行功能。当爆燃传感器信号缺失时，自诊断系统在储存相应故障码的同时，使点火提前角减小5°～15°。
