雷克薩斯車系爆震控制基理介紹

◆文/江蘇 田銳

一、系統說明

所謂爆震是指，燃燒室內的混合氣體通過碳等熱源引起自身著火并發生爆裂燃燒的現象，并從發動機中發出 “吱啦吱啦、啪哩啪哩、卡哩卡哩” 的異常聲音。點火時間的提前程度越大越容易發生爆震，過度的爆震(卡哩卡哩)，會同時使燃油經濟性和發動機動力輸出惡化，同時會對發動機產生不良影響，最壞時會導致氣門、活塞、火花塞等的熔損，然而，爆震僅會在爆震發生臨界點出現，在該臨界點附近的點火時間可以有效提升燃油經濟性和發動機的動力輸出(圖1)。因此，作為發動機的點火時間，應該設置在爆震發生臨界點附近，但是在現實中根據運轉條件、使用燃油以及經時變化等，爆震發生臨界點會因發動機而異。為了控制為最適合運轉狀態的點火時間，爆震控制通過汽缸體上安裝的爆震傳感器檢測爆震狀況，并通過延遲控制點火時間，將點火時間控制在極其接近爆震發生臨界點的水平，如圖1、圖2、圖3所示。

二、系統零部件構成

爆震傳感器有“共振型爆震傳感器”與“平板型爆震傳感器”2種。

1.共振型爆震傳感器

共振型爆震傳感器是傳統型的傳感器，其構造是汽缸體發出的震動經由振動板將壓力施壓于壓電陶瓷。振動板的特性是在一定的頻率下發生共振，將該共振點設定為與爆震發生頻率一致。(例：7kHz)如果發生爆震，振動板就發生共振，同時將壓力施加于壓電陶瓷，并產生電壓(爆震信號)。但是在共振特性方面，發生與爆震類似的發動機噪音時，有時不能正確檢測出爆震，如圖4所示。

2.平板型爆震傳感器

汽缸體發出的振動，經由壓電陶瓷作用于秤錘。秤錘由于慣性力在移動時產生延遲，因此向汽缸體與秤錘之間設置的壓電陶瓷施加壓力，就會產生電壓。與共振型爆震傳感器不同，平板型爆震傳感器在所有的頻率波段中都能獲取一定的輸出特性，發動機ECU能夠檢測出目標爆震頻率，因此能夠實現更加正確的爆震檢測，如圖5所示。

三、控制方法

1.爆震的判定

除爆震之外，發動機還有噴油器動作聲音及氣門開關聲音等、與爆震相似的各種振動噪音，而且，VVT-i發動機氣門的開關時間(氣門入位噪音)也會發生變化。發動機ECU為了能夠只檢測爆震振動，針對各汽缸設定了爆震判定區間，對每個汽缸進行爆震檢測。檢測出的爆震信號，根據發動機ECU上設定的 “爆震判定值” 將爆震強度判定為3個階段(無、小、大)，如圖6所示。

2.爆震延遲角補正

實施前述的爆震強度判定，作為爆震延遲角補正對點火時間進行延遲或提前控制(圖7)。判定為爆震時，對點火時間進行一定量的延遲。此外，爆震強度越強延遲量越多。(反映到所有汽缸)持續一定時間無法檢出爆震狀態的情況下，將點火時間補正至提前側。繼續實施上述控制，即可將點火時間控制在爆震臨界點(最佳點火時間)。爆震延遲角補正的控制狀態，可通過由GTS診斷儀能夠確認的“爆震控制值”與 “爆震補正學習值”進行掌握。

爆震控制值以-3.0℃A為基準，根據爆震的強度與發生頻率按照下述方法計算出。如表1所示。

爆震控制值的計算示例(約每0.5s更新)，如表2所示。

為了補正因使用燃油的辛烷值及車輛使用條件變化而產生的爆震臨界差，根據過濾值計算出爆震補正學習值，該過濾值是根據爆震強度與頻率而設定的 “爆震控制值”的過濾值。初始值因車種而異，但大體上均約為20℃A水平，如表3所示。

爆震補正學習值的計算示例(約每0.5s更新)，如表4所示。

爆震補正學習范圍，可以根據發動機轉速范圍分為3個范圍，如圖8所示。

點火時間、爆震控制值以及爆震補正學習值的關系，如圖9所示。

爆震補正學習值由17℃A開始時，如圖10所示。

3.最大提前值與最大延遲值

為了防止因各種提前角補正導致點火時間出現異常提前或異常延遲，規定了最大提前值與最大延遲值。最大提前值設定于該發動機可發揮最高性能時的點火時間。(如果過度提前，就會發生爆震，從而導致發動機輸出下降、燃油經濟性降低。)最大延遲值雖然不能使發動機性能(輸出、油耗)得到充分發揮，但這種設定下不會發生爆震、是安全的點火時間。

4.切換爆震檢測過濾頻率(僅限平板型爆震傳感器)

根據發動機轉速與發動機負荷，爆震頻率也會相應發生變化。在采用了平板型爆震傳感器的系統中，可以根據發動機狀態將爆震檢測過濾器頻率(爆震檢測頻率特性)轉換為3個階段(例：5.8kHz、7kHz、11.7kHz)，以便在任何運轉范圍內都能檢測出適當的爆震強度，如圖11所示。

四、 GTS診斷儀關聯數據

ECU數據，如表5所示。

五、GTS診斷儀的具體應用

掌握爆震異常時的發生狀況：

在爆震發生時確認ECU數據，根據ECU數據內容按照以下方法推測發生狀況。同樣重要的是，在同樣的條件(發動機轉速、發動機負荷)下通過與同類型對比車輛比較點火時間等手段，判斷爆震是否能在當時立刻修好，如圖12、13所示。

即使無法監視 “爆震控制值” 與 “爆震補正學習值”的車輛，也可以在相同運轉狀態下(發動機轉速、發動機負荷)與相同車型比較點火時間(最終點火時間)，據此即可判斷爆震控制狀態，(將點火時間的不同判斷為爆震控制的不同)。

六、實踐“爆震控制”

嘗試確認最大延遲值：卸下爆震傳感器的連接器，輸入診斷代碼，在D擋失速狀態下確認最大延遲值。對在故障狀態下行駛、點火時間延遲時的加速狀態進行確認。如圖14所示。

由于液力變矩器的熱保護作用，嚴禁進行5s以上或連續的失速檢查(在GTS中，請確認ATF油溫的同時進行檢查。)