高明

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

爆震傳感器對汽油發(fā)動機(jī)點火的影響

高明

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

介紹了汽車發(fā)動機(jī)由于點火造成震動，簡要闡述了震動產(chǎn)生的原因及危害。通過爆震傳感器信號實現(xiàn)了閉環(huán)控制，從而對點火前角度發(fā)生調(diào)整，使之能夠正常進(jìn)行運(yùn)作。

發(fā)動機(jī)；爆震；爆震傳感器；點火提前角

目前，我國的在用汽車大多數(shù)還是采用汽油發(fā)動機(jī)或柴油發(fā)動機(jī)。隨著汽車尾氣對大氣的影響，機(jī)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(jìn)行“降霾”。例如柴油機(jī)已經(jīng)逐步采用了高壓共軌技術(shù)，采用更為先進(jìn)的燃油控制系統(tǒng)。汽油機(jī)對尾氣的控制要求，也在不斷地升級，除了在汽車排氣系統(tǒng)上做好催化、轉(zhuǎn)換外，還在點火系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。為此，對現(xiàn)代采用電控系統(tǒng)控制的火花塞點燃?xì)飧變?nèi)壓縮氣體的點火控制方式進(jìn)行介紹。

四沖程的汽油發(fā)動機(jī)，在做功行程之前已經(jīng)完成了進(jìn)氣和部分行程壓縮。在壓縮接近上止點時，點火系統(tǒng)依靠氣缸內(nèi)的火花塞點燃?xì)飧變?nèi)的混合器，此時活塞繼續(xù)上行，將剩余行程走完。將點火開始到活塞運(yùn)行至上止點這段時間，曲軸旋轉(zhuǎn)的角度稱之為點火提前角。如果點火過早，會產(chǎn)生以下現(xiàn)象：①啟動汽車時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)沉（啟動困難）；②怠速時，發(fā)動機(jī)抖動，有停機(jī)現(xiàn)象；③急加速時有敲缸聲，隨著轉(zhuǎn)速的增加，聲音偏大。④著車后，使用過程中，發(fā)動機(jī)水溫高。⑤發(fā)動機(jī)震動，啟動時會出現(xiàn)反沖現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至?xí)鸢l(fā)動機(jī)反轉(zhuǎn)。

如果點火偏晚，該氣缸已經(jīng)進(jìn)入做功行程，活塞開始下行，氣缸內(nèi)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(chǎn)生的最高推力發(fā)生在活塞下行區(qū)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(fā)動機(jī)水溫偏高。所以，點火時間過遲，發(fā)動機(jī)無力，溫度高。如果點火時間再遲一些，排氣行程開始，缸內(nèi)還未燃燒混合氣一起排入排氣管，在排氣管進(jìn)行陰燃。高溫氣體把排氣管“燒紅”。長時間的熱量聚集，會導(dǎo)致熱量回傳至排氣門，導(dǎo)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(zhuǎn)換，部分混合氣排至大氣，導(dǎo)致尾氣中CO、HC可能會超標(biāo)。

為此如何控制好發(fā)動機(jī)不產(chǎn)生爆震，減少有害氣體的排放，同時能盡量的將氣缸內(nèi)的混合氣最大化的利用，點火系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代汽車主要是通過檢測發(fā)動機(jī)是否發(fā)生爆震來判斷是否點火過早或者點火過晚。監(jiān)測基于爆震傳感器的信號，在發(fā)動機(jī)不發(fā)生爆震的前提下，需要適應(yīng)發(fā)動機(jī)的工況，提高動力，為此計算機(jī)不斷的提前點火。當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生爆震的時候，即刻減小提前角度，否則不斷的進(jìn)行增加。

常用的爆震傳感器是一個具有寬帶特性的壓電結(jié)構(gòu)震動傳感器。通過彈簧墊圈使壓電環(huán)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(chǎn)生相反的電荷，在觸點處產(chǎn)生電壓。從而將聲振動轉(zhuǎn)化為電壓信號。這些電壓信號通過屏蔽式導(dǎo)線發(fā)送到DME控制單元（發(fā)動機(jī)電子控制單元），控制單元對信號進(jìn)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(fā)動機(jī)進(jìn)氣側(cè)。由于傳感器的所處位置，即使爆震程度較弱時，由燃燒室發(fā)出的結(jié)構(gòu)噪音脈動也可傳送至爆震傳感器處。

常見的電控發(fā)動機(jī)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(jiān)控燃燒過程。寶馬M62發(fā)動機(jī)還配有4個爆震傳感器。與發(fā)動機(jī)內(nèi)燃油的燃燒有關(guān)，爆震限值不是一個固定變量，而是取決于不同的運(yùn)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(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)是非常重要的。

壓電元件將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。壓電元件的晶體結(jié)構(gòu)因曲軸箱的振動（燃燒的結(jié)果）和測震塊（振動延遲）的運(yùn)動而不斷改變。這種晶體結(jié)構(gòu)的改變會產(chǎn)生一個以相同節(jié)拍振動的電壓。其振動強(qiáng)度會對電壓電平有相當(dāng)大的影響。減小作用力時會產(chǎn)生相反極性的電壓信號。

壓電元件上施加機(jī)械壓力時，會暫時產(chǎn)生電壓信號。為確保發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，即在所有運(yùn)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(fā)生點火爆震，爆震傳感器就會將這種情況以信號形式發(fā)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(dāng)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(diào)節(jié)點火正時，直至達(dá)到程控特性值。如果繼續(xù)出現(xiàn)爆震情況，可將各氣缸的點火正時延遲至規(guī)定值，如圖1所示。

發(fā)動機(jī)爆震時產(chǎn)生壓力波，其頻率為1～10kHz。汽油發(fā)動機(jī)采用了爆震傳感器信號作為監(jiān)測爆震是否發(fā)生的依據(jù)，從而實現(xiàn)了閉環(huán)控制。有助于提高發(fā)動機(jī)的輸出功率，更有助于汽車尾氣的排放控制。當(dāng)然，汽車僅僅依靠爆震傳感器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它的信號作為主控信息之一，還需要結(jié)合其他傳感器信號一起進(jìn)行綜合控制。

［1］陳幫陸.汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)檢修［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2014.

［2］付百學(xué).汽車電子控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)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(fā)動機(jī)研究。