爆震傳感器對汽油發動機點火的影響

高明

（江蘇信息職業技術學院，江蘇 無錫 214153）

爆震傳感器對汽油發動機點火的影響

高明

（江蘇信息職業技術學院，江蘇 無錫 214153）

介紹了汽車發動機由于點火造成震動，簡要闡述了震動產生的原因及危害。通過爆震傳感器信號實現了閉環控制，從而對點火前角度發生調整，使之能夠正常進行運作。

發動機；爆震；爆震傳感器；點火提前角

目前，我國的在用汽車大多數還是采用汽油發動機或柴油發動機。隨著汽車尾氣對大氣的影響，機動車的尾氣排放顯得尤為重要。各個部門都在采用不同的方式進行“降霾”。例如柴油機已經逐步采用了高壓共軌技術，采用更為先進的燃油控制系統。汽油機對尾氣的控制要求，也在不斷地升級，除了在汽車排氣系統上做好催化、轉換外，還在點火系統進行優化。為此，對現代采用電控系統控制的火花塞點燃氣缸內壓縮氣體的點火控制方式進行介紹。

四沖程的汽油發動機，在做功行程之前已經完成了進氣和部分行程壓縮。在壓縮接近上止點時，點火系統依靠氣缸內的火花塞點燃氣缸內的混合器，此時活塞繼續上行，將剩余行程走完。將點火開始到活塞運行至上止點這段時間，曲軸旋轉的角度稱之為點火提前角。如果點火過早，會產生以下現象：①啟動汽車時，發動機轉動發沉（啟動困難）；②怠速時，發動機抖動，有停機現象；③急加速時有敲缸聲，隨著轉速的增加，聲音偏大。④著車后，使用過程中，發動機水溫高。⑤發動機震動，啟動時會出現反沖現象，嚴重的甚至會引起發動機反轉。

如果點火偏晚，該氣缸已經進入做功行程，活塞開始下行，氣缸內壓力下行，意味著活塞動力也在下降。此時，燃燒速度減慢，燃燒產生的最高推力發生在活塞下行區域，這樣含有大量熱量的氣體沒有推動活塞下行做功。但是含有大量熱量氣體的熱量只能向汽缸壁釋放，帶來的問題是發動機水溫偏高。所以，點火時間過遲，發動機無力，溫度高。如果點火時間再遲一些，排氣行程開始，缸內還未燃燒混合氣一起排入排氣管，在排氣管進行陰燃。高溫氣體把排氣管“燒紅”。長時間的熱量聚集，會導致熱量回傳至排氣門，導致排氣門過早的磨損。同時由于排氣管的三元催化裝置對剩余的混合氣體不能好的轉換，部分混合氣排至大氣，導致尾氣中CO、HC可能會超標。

為此如何控制好發動機不產生爆震，減少有害氣體的排放，同時能盡量的將氣缸內的混合氣最大化的利用，點火系統起著至關重要的作用。現代汽車主要是通過檢測發動機是否發生爆震來判斷是否點火過早或者點火過晚。監測基于爆震傳感器的信號，在發動機不發生爆震的前提下，需要適應發動機的工況，提高動力，為此計算機不斷的提前點火。當發動機發生爆震的時候，即刻減小提前角度，否則不斷的進行增加。

常用的爆震傳感器是一個具有寬帶特性的壓電結構震動傳感器。通過彈簧墊圈使壓電環在測震塊和傳感器體之間拉緊。測震塊加速時會向壓電元件施加壓力。因此在陶瓷元件的底部和頂部產生相反的電荷，在觸點處產生電壓。從而將聲振動轉化為電壓信號。這些電壓信號通過屏蔽式導線發送到DME控制單元（發動機電子控制單元），控制單元對信號進行處理。

爆震傳感器以澆鑄方式安裝在1號和2號氣缸以及3號和4號氣缸之間的發動機進氣側。由于傳感器的所處位置，即使爆震程度較弱時，由燃燒室發出的結構噪音脈動也可傳送至爆震傳感器處。

常見的電控發動機配有兩個爆震傳感器（一個傳感器用于氣缸1和氣缸2，一個用于氣缸3和氣缸4），用于監控燃燒過程。寶馬M62發動機還配有4個爆震傳感器。與發動機內燃油的燃燒有關，爆震限值不是一個固定變量，而是取決于不同的運行條件。為確保最佳燃燒過程，獲知實際爆震限值并對點火正時進行相應調節是非常重要的。

壓電元件將機械能轉化為電能。壓電元件的晶體結構因曲軸箱的振動（燃燒的結果）和測震塊（振動延遲）的運動而不斷改變。這種晶體結構的改變會產生一個以相同節拍振動的電壓。其振動強度會對電壓電平有相當大的影響。減小作用力時會產生相反極性的電壓信號。

壓電元件上施加機械壓力時，會暫時產生電壓信號。為確保發動機達到最佳運行狀態，即在所有運行條件下都具有較高的效率，有必要使點火正時的控制盡可能接近爆震限值。

如果某個氣缸發生點火爆震，爆震傳感器就會將這種情況以信號形式發送給Motronics控制單元。控制單元以每3°的方式分步延遲各氣缸的點火正時。當控制單元不再探測到爆震情況時，就以每0.75°的方式向“提前”方向分步調節點火正時，直至達到程控特性值。如果繼續出現爆震情況，可將各氣缸的點火正時延遲至規定值，如圖1所示。

發動機爆震時產生壓力波，其頻率為1～10kHz。汽油發動機采用了爆震傳感器信號作為監測爆震是否發生的依據，從而實現了閉環控制。有助于提高發動機的輸出功率，更有助于汽車尾氣的排放控制。當然，汽車僅僅依靠爆震傳感器是遠遠不夠的，它的信號作為主控信息之一，還需要結合其他傳感器信號一起進行綜合控制。

［1］陳幫陸.汽車發動機電控系統檢修［M］.北京：國防工業出版社，2014.

［2］付百學.汽車電子控制技術［M］.北京：機械工業出版社，2013.

Influence of Knock Sensor on Ignition of Gasoline Engine

GAO Ming

（Jiangsu College of Information Technology，Wuxi，Jiangsu 214153，China）

This paper introduces the vibration caused by the ignition of the automobile engine,and briefly expounds the cause and harm of the vibration.The closed loop control is realized by the knock sensor signal，so as to adjust the angle before ignition and ensure normal operation.

engine；knock；knock sensor；ignition advance angle

U464.171

A

2095-980X（2017）01-0029-01

2016-12-07

高明，主要研究方向：發動機研究。