爆震传感器对汽油发动机点火的影响

高明

（江苏信息职业技术学院，江苏 无锡 214153）

爆震传感器对汽油发动机点火的影响

高明

（江苏信息职业技术学院，江苏 无锡 214153）

介绍了汽车发动机由于点火造成震动，简要阐述了震动产生的原因及危害。通过爆震传感器信号实现了闭环控制，从而对点火前角度发生调整，使之能够正常进行运作。

发动机；爆震；爆震传感器；点火提前角

目前，我国的在用汽车大多数还是采用汽油发动机或柴油发动机。随着汽车尾气对大气的影响，机动车的尾气排放显得尤为重要。各个部门都在采用不同的方式进行“降霾”。例如柴油机已经逐步采用了高压共轨技术，采用更为先进的燃油控制系统。汽油机对尾气的控制要求，也在不断地升级，除了在汽车排气系统上做好催化、转换外，还在点火系统进行优化。为此，对现代采用电控系统控制的火花塞点燃气缸内压缩气体的点火控制方式进行介绍。

四冲程的汽油发动机，在做功行程之前已经完成了进气和部分行程压缩。在压缩接近上止点时，点火系统依靠气缸内的火花塞点燃气缸内的混合器，此时活塞继续上行，将剩余行程走完。将点火开始到活塞运行至上止点这段时间，曲轴旋转的角度称之为点火提前角。如果点火过早，会产生以下现象：①启动汽车时，发动机转动发沉（启动困难）；②怠速时，发动机抖动，有停机现象；③急加速时有敲缸声，随着转速的增加，声音偏大。④着车后，使用过程中，发动机水温高。⑤发动机震动，启动时会出现反冲现象，严重的甚至会引起发动机反转。

如果点火偏晚，该气缸已经进入做功行程，活塞开始下行，气缸内压力下行，意味着活塞动力也在下降。此时，燃烧速度减慢，燃烧产生的最高推力发生在活塞下行区域，这样含有大量热量的气体没有推动活塞下行做功。但是含有大量热量气体的热量只能向汽缸壁释放，带来的问题是发动机水温偏高。所以，点火时间过迟，发动机无力，温度高。如果点火时间再迟一些，排气行程开始，缸内还未燃烧混合气一起排入排气管，在排气管进行阴燃。高温气体把排气管“烧红”。长时间的热量聚集，会导致热量回传至排气门，导致排气门过早的磨损。同时由于排气管的三元催化装置对剩余的混合气体不能好的转换，部分混合气排至大气，导致尾气中CO、HC可能会超标。

为此如何控制好发动机不产生爆震，减少有害气体的排放，同时能尽量的将气缸内的混合气最大化的利用，点火系统起着至关重要的作用。现代汽车主要是通过检测发动机是否发生爆震来判断是否点火过早或者点火过晚。监测基于爆震传感器的信号，在发动机不发生爆震的前提下，需要适应发动机的工况，提高动力，为此计算机不断的提前点火。当发动机发生爆震的时候，即刻减小提前角度，否则不断的进行增加。

常用的爆震传感器是一个具有宽带特性的压电结构震动传感器。通过弹簧垫圈使压电环在测震块和传感器体之间拉紧。测震块加速时会向压电元件施加压力。因此在陶瓷元件的底部和顶部产生相反的电荷，在触点处产生电压。从而将声振动转化为电压信号。这些电压信号通过屏蔽式导线发送到DME控制单元（发动机电子控制单元），控制单元对信号进行处理。

爆震传感器以浇铸方式安装在1号和2号气缸以及3号和4号气缸之间的发动机进气侧。由于传感器的所处位置，即使爆震程度较弱时，由燃烧室发出的结构噪音脉动也可传送至爆震传感器处。

常见的电控发动机配有两个爆震传感器（一个传感器用于气缸1和气缸2，一个用于气缸3和气缸4），用于监控燃烧过程。宝马M62发动机还配有4个爆震传感器。与发动机内燃油的燃烧有关，爆震限值不是一个固定变量，而是取决于不同的运行条件。为确保最佳燃烧过程，获知实际爆震限值并对点火正时进行相应调节是非常重要的。

压电元件将机械能转化为电能。压电元件的晶体结构因曲轴箱的振动（燃烧的结果）和测震块（振动延迟）的运动而不断改变。这种晶体结构的改变会产生一个以相同节拍振动的电压。其振动强度会对电压电平有相当大的影响。减小作用力时会产生相反极性的电压信号。

压电元件上施加机械压力时，会暂时产生电压信号。为确保发动机达到最佳运行状态，即在所有运行条件下都具有较高的效率，有必要使点火正时的控制尽可能接近爆震限值。

如果某个气缸发生点火爆震，爆震传感器就会将这种情况以信号形式发送给Motronics控制单元。控制单元以每3°的方式分步延迟各气缸的点火正时。当控制单元不再探测到爆震情况时，就以每0.75°的方式向“提前”方向分步调节点火正时，直至达到程控特性值。如果继续出现爆震情况，可将各气缸的点火正时延迟至规定值，如图1所示。

发动机爆震时产生压力波，其频率为1～10kHz。汽油发动机采用了爆震传感器信号作为监测爆震是否发生的依据，从而实现了闭环控制。有助于提高发动机的输出功率，更有助于汽车尾气的排放控制。当然，汽车仅仅依靠爆震传感器是远远不够的，它的信号作为主控信息之一，还需要结合其他传感器信号一起进行综合控制。

［1］陈帮陆.汽车发动机电控系统检修［M］.北京：国防工业出版社，2014.

［2］付百学.汽车电子控制技术［M］.北京：机械工业出版社，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：发动机研究。