减少点火 无爆震 爆震产生 ! 提前角 ! 产生 " 图( 增大点火 ! 提前角
爆震强度以超过基准值的次数计量， 其次 数越多， 则爆震强度越大； 次数越少， 爆震强度 越小 （如图 # 所示） 。
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发动机爆震控制
传统发动机爆震控制， 为了使其在最恶劣
的条件下， 也不致产生爆震， 其点火时刻均设定 在爆震边缘的范围以内， 使其离开爆震界限并 存在较大的余量。这样势必会降低发动机效 率， 使发动机输出功率下降， 燃料消耗增加。 万方数据
收稿日期： !""" # $! # $" 万方数据 作者简介： 万曼影 （$%&! #
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发动机爆震产生原因
汽车发动机是利用火花塞跳火将混合气点
燃， 使火焰在混合气内不断传播进行燃烧。如果 点火时间过早或油品质不好， 火焰在传播途中当 压力异常升高时， 一些部位的混合气不等火焰传 到， 就自己着火燃烧， 造成瞬时爆发燃烧， 由此引 起的气体冲击波冲击汽缸壁产生金属敲击声， 这
图! 爆震判断范围
前角， 使点火时刻保持在爆震边界曲线的附近， 提 高发动机的功率， 降低燃料的消耗 （见图 $） 。
在图 " 中， 来自爆震传感器的信号， 含有各 种频率的电压信号， 首先须经滤波电路， 将爆震 信号与其他振动信号分离， 只允许特定范围频 率的爆震信号通过滤波电路， 再将此信号的最 大值与爆震强度基准值进行比较， 如大于基准 值， 则将爆震信号电压输入微机， 表示发生爆 震， 由微机进行处理。
为大功率工况等。不同的工况， 采用不同的控 制规律。氧传感器用于喷油量的闭环控制。蓄 电池电压大小， 对喷油器的特性有较大的影响， 对喷射脉冲的宽度进 %"$ 利用测得的电压值， 行修正。爆震传感器是一个可调带通放大器， 且只在每缸的上止点前后工作， 再通过阀值比 较电路， 确定是否存在爆震。爆震传感器是点 火提前角闭环控制的基础 （图 &’） 。
油经济性和可靠性有很大的提高。这项技术最 先于 $%&M 年在美国研制成功， 但当时由于电子 管的可靠性差， 未能得到推广。随着大规模集 成电路和微处理器技术的发展， 对车用发动机 的多参数综合控制成为可能。且由于可靠性和 价格的优势， 电控燃油喷射的应用日益普遍。 电子控制系统由安装在发电机上的各传感器、 电子控制单元 （ J>7 ） 和执行器组成， 主要控制 喷油器、 点火线圈、 怠速旁通阀、 电动燃油泵等。 控制参数分别为循环喷油量、 点火时间和长度、 怠速旁通阀开度。 J>7 根据控制要求对不同 传感器进行采样， 按一定的控制规律输出控制
爆震反馈控制原理图
图 ( 所示为发动机爆震控制系统原理图。 当发动机产生爆震时， 微机通过爆震传感器的 输入信号和比较电路判别出发动机产生爆震，
2’’& 年 3 月
噪
声
与
振
动
控
制
第4期
并依据爆震强度输入信号， 由微机控制延迟点 火提前角的大小。当爆震现象消失时， 微机恢 复正常的点火提前角的控制。 当微机进行闭环控制时， 其实际点火提前 角的控制如图 ! 所示。当任何一缸产生爆震 时， 微机立即减少一定的点火提前角。当次缸 依据点火顺序再产生爆震时， 同样再减少点火 提前角。以此类推， 逐渐减少点火提前角。当 发动机不产生爆震时， 则在一定时间内， 维持当 前的点火提前角。在此期间， 若有爆震发生， 也 同样减少点火提前角； 若无爆震发生， 则又逐渐 地增大点火提前角， 一直到产生爆震时， 又恢复 前述的反馈控制。
图$
爆震控制的点火提前角
试验表明， 当发动机的负荷低于一定值时， 一般不出现爆震。这时不宜采用控制爆震的方 法来调整点火提前角， 可采用开环控制方案控 制点火提前角。即， 此时微机不再检测分析爆
图" 爆震信号的判断
震传感器输入信号， 只按 %&’ 中存储的信息 及有关传感器控制点火提前的大小。显然， 要 判断在某一时刻究竟采用开环控制抑或闭环控 制， 可由微机对反映负荷的传载器送来的信号 进行分析予以实现。
信号中分离出来。
图’
爆震噪声频谱分布图
爆震传感器的功能是将发动机震动转换成 电压信号， 以检测发动机的爆震强度。当发动 机产生设定的爆震强度时， 爆震传感器输出最 大电压信号， 用以表示发动机异常振动。 爆震传感器的种类较多， 现在采用最多的
图! 点火时刻与气缸压力曲线的关系
是宽幅共振电压式传感器， 其输出特性如图 ( 所示。虽然其输出的峰值电压较低， 但可在较 大的振荡频率范围内检测共振电压， 当发动机 发生轻微爆震时， 此传感器就可输出较大的电 压信号， 使微机及早检测到发动机爆震的产生。 由于宽幅式共振传感器具有感测频率范围较广 的优点， 因此它适应于检测随发动机转速变化 而产生的不同爆震频率， 及不同发动机所具有 的不同的爆震频率 （图 (） 。
汽车发动机的爆震分析与控制
文章编号： （!""$） $""’—$(&& "(—"")! # "&
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汽车发动机的爆震分析与控制
万曼影， 王俊雄， 邓真全， 施锡钜
（上海交通大学 动力与能源工程学院， 上海 !"""("）
摘要： 本文对发动机爆震现象的产生原因、 检测手段和利用电子控制系统防止爆震的方法进行了剖 析研究。简述了电控系统的组成、 控制原理和控制软件。电子控制使汽车发动机的动力性能、 经济性和 排放污染得到了很大的改善。 关键词： 汽油喷射； 爆震； 电子控制系统； 车用发动机； 怠速； 点火提前角 中图分类号： *+ &(( , - ! 文献标识码： .
目前汽油喷射发动机多采用电控多点喷射 系统。每个汽缸配备一个电控喷油器， 喷油量
图! 点火提前角的控制
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发动机的多参数综合控制
除了爆震， 电子控制系统还必须监控其它
与来自 %"$ 的控制脉冲的宽度成正比。点火 线圈初级线圈的接通和断开受到 %"$ 的控制， 接通时间越长， 点火能量越大， 断开时刻对应点 火时刻。点火线圈的高压电脉冲通过分电器分 配到四个气缸的火花塞。 %"$ 通过专用电缆与各传感器和执行器 相连。为防止线缆断裂、 传感器失灵、 检测电路 发生故障等意外情况， 系统内装有一个安全电 路， 以保护发动机。一旦出现这些情况， 安全电 路将点火时刻延迟， 并且接通仪表警告灯， 警告 驾驶员爆震控制系统发生了故障。 控制软件必须考虑各种可能性， 其特点是 程序量大。它由一个主控程序、 各功能子程序 和一些中断服务程序组成。对于每个工况， 都 包括喷油量计算和点火时刻计算， 它们是定时 进行的， 即每 ’ 0 ’&1 计算一次。而控制作用是 在规定的曲轴位置实现的。 喷油量、 点火提前角的控制都是在开环控 制的基础上增加闭环控制。所谓开环控制是根 据各传感器的输入值， 通过查表， 计算得到各控
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蓄电池 （ 电压 ） 点火开关传感器 电子控制单元 ! ( )*+), -. %"$ 进气压力传感器 进气温度传感器 " 冷却水温度传感器 节气门位置传感器 霍尔转速传感器 爆震传感器 诊断插头 氧传感器 图 &’ 执行器 只喷油器 / ! 点火线圈 怠速旁通阀 电动燃油泵
汽油喷射发动机电控系统的组成
爆震并非仅仅有害。试验证明， 发动机发 出最大扭矩的点火时刻是在开始产生爆震点火 时刻的附近， 发生轻微爆震时燃油利用率最佳。 曲线 # 为无燃烧时压力曲线， 曲线 " 为爆震出 现时压力曲线， 曲线 $ 为理想压力曲线， 曲线 % 远离无爆震， 但效率不高。
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发动机爆震检测
汽车发动机震动噪声主要来自受到气体作 用力及往复惯性力和离心力， 处于变速运动中 尽管采取了动平衡， 曲 的活塞&曲柄&连杆机构， 轴扭矩减震器， 润滑等许多措施， 仍有可观的噪 声。在频谱图中， 有一个与气体作用力相关的 主峰， 与往复惯性力和离心力相关的小峰以及 其它一些谐波成分。爆震也是一种气体作用 力， 异常之处是其窄时段与强冲击， 震动即高振 幅宽频带噪声， 仅发生于点火时刻前后。在频 谱图中， 主峰位置几乎不变， 但峰值更高， 谐波 成分更多。 （图 ’） 根据其异常特征， 可以设计 万方数据 传感器和信号滤波器， 将爆震信号从其它震动