一、爆震及其产生原因
汽油发动机的正常燃烧是指由火花塞点燃混合气,燃烧火焰以火花为中心,迅速向四周传播,将燃烧室内的混合气全部引燃的燃烧过程。爆震是汽油发动机的一种不正常燃烧,它通常是由于尚未燃烧的可燃混合气在压缩、热辐射的作用下,温度急剧升高,在火焰前锋未达到之前而自燃的结果。发生爆震时,气缸内燃料急剧燃烧,压力异常升高,产生压力冲击波撞击燃烧室壁、活塞顶等部位,发出尖锐的金属敲击声。又因燃烧气体的振动热传递性好,如果这种情况持续发生,就会使火花塞电极、活塞等产生过热或熔损现象,损坏发动机。爆震会使发动机热效率降低,输出功率下降,同时其产生的冲击波还会破坏燃烧室壁面润滑膜,加速零部件磨损,使局部过热而损坏。因此,爆震是一种最有害的故障现象,必须加以控制。从爆震产生的过程分析,引起爆震的主要原因有以下几点:
①点火时间过早
点火时间过早时,气缸内气体的压力和温度将在活塞上行压缩时急剧升高,缸内压力的骤然升高,又使缸内混合气再度受到压缩,导致缸内温度剧烈升高,热辐射明显加剧,因而易产生爆震。点火提前角越大,燃烧的最大压力也越大,就越容易产生爆震。
②压缩比过大
如果汽油在气缸中不能完全燃烧,燃烧室内就会形成大量积炭,使燃烧室容积减小,从而导致发动机因压缩比过大而爆震。
③使用低辛烷值的汽油
汽油辛烷值越低,抗爆性越差,越易爆震。发动机的压缩比越高,所燃用的汽油牌号就应越高,否则就会产生严重的爆震。
④发动机过热
低速、大负荷及冷却液温度过高都很容易引起发动机过热而产生爆震。
除上述原因外,爆震还与进气温度、进气压力、空燃比、转速、负荷、燃烧室结构等因素有关。
二、爆震的控制
增大点火提前角,发动机燃烧的最高压力增大,燃油利用率提高,同时爆震倾向加剧。所以,如果根据爆震传感器的信号对点火提前角进行闭环控制(爆震控制),就可以控制点火提前角,使发动机工作在微爆震状态,获得最佳燃油利用率。
爆震控制电路框图如图1所示,爆震传感器把缸体震动信号转换成电信号输入ECU,ECU对这些信号进行放大、滤波、比较、计算等处理后,判定是否发生爆震,再由CPU根据此信号调整点火提前角。即当发生爆震时,减小点火提前角;当无爆震时,增大点火提前角,实现点火提前角的闭环控制。
爆震控制的方法有三种:
方法一a):当判定发生爆震时,慢慢地推迟点火;
方法二b):当判定发生爆震时,迅速大幅度推迟点火,再慢慢恢复到原来地点火时刻;
方法三c):当判定发生爆震时,大幅度推迟点火,再迅速复原。
方法一由于慢慢推迟点火,爆震会持续一段时间;方法二有立刻抑制爆震地优点,但由于恢复慢,点火推迟地持续时间较长,会导致发动机性能降低;方法三也能立刻抑制爆震,但因点火时刻变动大,会引起转矩地波动。
由于爆震只发生在燃烧期内,为了避免其他原因引起的振动对检测的影响,规定了爆震判定期,只限于辨别发动机点火后的一段时间内的振动。在爆震判定期内,若爆震传感器的信号电压高于爆震判定基准值,则判定为爆震,因而推迟点火提前角。
另外,除了上述通过调节点火时刻控制爆震外,由于影响汽油发动机爆震的因素很多,如压缩比、辛烷值、进气压力、进气温度、转速、负荷、燃烧室结构等参数,优化改进这些结构、运行参数,也可以有效地抑制爆震的发生。爆震是汽油发动机发展过程中长期存在的问题。近年来,人们对汽车动力性、经济性的追求,推动了对汽油发动机爆震问题的研究。随着汽车电子技术的发展,如何精确地检测和有效地控制爆震,将是内燃机工作者面临的永久性挑战。
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