电子爆震闭环控制

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一、压缩比与爆震的关系

现代汽车设计为了降低排放并获得大的输出扭矩，通常情况下会采用一个大的压缩比。问题在于，当压缩比增大时，气缸压缩终了的压力和温度都将随之升高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，颗粒能更细密，加上气缸高压缩比的密封效果，致使混合气燃烧速度加快，当火花塞跳出火花时就能使得混合气在瞬间内完成燃烧的动作，释放出最大的爆发能量，此时发动机可输出最大动力。

但是压缩比越高发动机抖振越厉害，发动机的压缩比越高，通常伴随着的就是发动机工作时抖振会较明显增大，即使是多缸发动机也是如此。在爆发点火时混合气燃烧所产生的能量在瞬间释放出来，相对的振动的动能也就较大。

而高压缩比气缸压缩终了时的温度通常高于正常温度80-110℃，当进入气缸燃烧室的混合气吸收过度的热量，则燃烧室内的混合气会由于分子聚集，其中的汽油分子吸收了足够的热量之后，在达到它的燃点时，此时若燃烧室内存有积炭或某个角落恰有热点出现，吸收足够热量的汽油分子便会自行燃烧起来，或在火花塞欲点火之前就自行燃烧，即所谓的自燃、预燃，所有这些都直接诱导了燃烧室内发生爆震。

持续的爆震，将引起缸体、缸壁、进气歧管等薄壁构件产生高频振动，导致很大的噪声和损坏，还可能引起火花塞电极和缸壁出现过热、熔损等现象，使发动机无力、损坏机械元件，严重威胁发动机使用性能。但理论与实践同时证明：当发动机工作在爆震的临界点或有轻微爆震时，发动机的热效率最高，输出动力性和燃油经济性最好。

二、解决方案

为了获得最佳动力性和燃油经济性，现代汽车通常利用点火提前角的闭环控制系统来有效的控制点火提前角，从而使发动机工作在爆震的临界状态。此项控制内容可通过安装在缸壁上的爆震传感器来实现点火的闭环控制，从而有效的防止爆震产生。

燃烧室内发生的震动，可由爆震传感器检测，每台发动机一般安装1～2只。带通滤波器只允许发动机爆震信号（频率为6～9kHz的信号）或接近爆震频率的信号输入控制单元进行处理，而其他的信号频率则被衰减。爆震信号经过滤波、放大、整波、比较后，可判断出发动机是否发生爆震。

由上可看出爆震传感器的作用是：将发动机爆震信号转换为电信号输入发动机电子控制单元（即ECU），以便ECU根据爆震信号对点火提前角进行修正，从而获得最佳点火提前角来消除爆震，获得最大输出动力。

通过带通滤波电路检测到的爆震信号输入控制回路，此时，控制单元将控制延迟点火直到再次发生爆震。

其优点如下：（1）伴随着压缩比增大时，扭矩也增大，发动机油耗相应的下降。（2）通过协调动力、油耗和排放可优化点火特性图。（3）作为一个功能的运转条件，点火系可以自动限制发动机爆震的发生。（4）正确的点火角度可通过自动选择来中和（或协调）燃油品质的不同、燃油老化以及环境的影响（如压力、温度等）。（5）现代电子控制实现了每个缸的爆震检测及最佳点火提前角的控制。

三、方案设计

爆震控制系统既可做成单独的如晶体管点火系统，或者整合成诸如Motronic的复杂类型。其中将电子点火与爆震控制做成一个整体即带有爆震传感器的点火闭环控制单元尤为重要。

爆震控制需要在缸壁上装一个传感器，紧贴在缸壁上。传感器由塑料壳包裹着压电元件及振动块组成。此外，还有爆震控制电路。

爆震控制可包含下述功能：（1）通过控制燃油泵的节流阀及增压阀来改变空然比。（2）排气再循环利用。（3）微处理器进行故障自动检测诊断，必要时，可通过安装在特定位置的转速计来输出故障信息。

四、操作

发动机的爆震界限不是一个固定值，它随着运转条件的变化而变化。只有当检测到发动机发生爆震时才比较重要。爆震传感器检测到发动机缸壁上的固体震动，并将这些震动转变成电信号，输入控制单元。闭环控制系统筛选出爆震信号，并对其特性进行分析。震动信号被分配给相对应的气缸，通过这种方式，可实现每缸爆震的单独控制。

一旦检测到发生爆震，控制回路立即控制相对应气缸立刻推迟点火，一般每次推迟0.5°—1.5°曲轴转角，直到爆震消失。爆震强度越大，点火时间推迟越多；爆震强度越小，点火时间推迟越小。

只要传感器检测到气缸发生爆震，则点火控制单元再次控制推迟点火即减小点火提前角，直至无爆震信号出现即爆震消失，并且在随后的一段时间内都保持其值不变。当爆震消失后或无爆震发生时，控制单元则又开始以相同的固定值逐渐增大点火提前角，一直到爆震再次出现，整个控制过程周而复始。

可利用带有爆震传感器的点火提前角的闭环控制来有效的控制点火，从而控制发动机工作在爆震的临界状态，从而获得最大的输出扭矩。

五、爆震强度判断及注意事项

爆震强度的判断通常是根据爆震信号超过基准值得次数来判定的。超过爆震基准值得次数越多，爆震强度越强，反之，爆震越弱。

其中a——气缸内压力曲线b——过滤后的压力曲线c——传感器信号发动机正常运转时机体振动频率频繁而剧烈，为了提高控制系统的可靠性，通常要设定爆震控制范围，即爆震控制并非在任意时刻都采用闭环控制，而是在识别发动机点火后爆燃且可能发生的一段曲轴转角范围内，只有在此范围内，控制系统才允许对爆震信号进行识别，即采用闭环控制方式控制点火提前角。

理论和事实证明，当发动机负荷低于某一值时，一般不会出现爆震。此时点火控制采用开环控制。

六、结束语

从上述内容可看出爆震控制在现代汽车电子控制中的重要地位，通过采用爆震传感器的爆震控制来实现点火提前角的闭环控制，对发动机获得大功率提供了有效途径。

参考文献：

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[2]冯崇毅.汽车电子控制技术.北京：机械工业出版社，2006,01.

[3]解福泉.电控发动机维修.北京：高等教育出版社，2007，05.

[4]潘旭峰.现代汽车电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，1998.

【摘要】本文从压缩比与发动机的动力关系入手，针对目前汽车上应用广泛的控制内容——爆震控制，作了简要的分析，并列举了高压缩比对爆震的影响及爆震的一些危害，简要阐述了电子爆震控制即闭环控制的优点、方案设计及具体操作等。

【关键词】压缩比自燃爆震闭环控制