浅析汽油发动机爆震的产生检测和控制

郭彦同 吴进户

(柳州五菱柳机动力有限公司,广西柳州 545005)

浅析汽油发动机爆震的产生检测和控制

郭彦同 吴进户

(柳州五菱柳机动力有限公司,广西柳州 545005)

近些年伴随着生活水平的提高汽车越发普及。与此同时汽车的性能;例如其动力性、经济性、和排放性等也越发收到大家的关注。因石油资源的不可再生性而引发油价提升;想要提高燃油的经济性;越来越多的发动机开始增高压缩比;这也导致了汽油机爆震可能性的增高。爆震与发动机功率的提升和经济性优劣休戚相关。当发生强烈的爆震时;汽油机不能工作。

汽油机 爆震 检测 控制

目前；伴随着生活水平的提高汽车的普及；燃油资源紧缺的问题日益加重。而作为一个资源大国；我们在过渡开采的基础上更是需要重视环境的保护；超标的汽车尾气排放污染更使环保不容乐观。为了既能提升燃油的经济性；充分利用资源；又能减少超标尾气的排放保护环境；检测和控制汽油机的爆震变得越发重要。

1 爆震概述

汽油发动机的工作原理是将油汽混合气体吸进燃烧室；电火花点燃后产生的能量转化为发动机的动力。如果混合气体进入燃烧室后在活塞压缩的过程中就达到了自燃温度；此时电火花还没有点火；却开始了不正常的燃烧现象。而在这一过程中；燃烧开始；气体燃烧放热产生的巨大冲力与活塞运动压缩气体的方向相反；会导致发动机振动；燃烧室压力失常。这种不正常燃烧导致的现象称为爆震。

2 产生原因

发动机内燃系统十分复杂；许多部分互相影响；所以需要十分精确的控制；稍有不慎就会影响其正常燃烧；而爆震就是一种不正常的燃烧状态。通常情况下发动机燃烧分为三种情况；一、有序点火燃烧；混合气被压缩；在燃烧室内被点燃；其火焰由着火点向四周扩散；这个过程是有序的；需要经过一个短暂的时间混合气才能燃烧完全。二、混合气虽然由火花塞点燃；但是在燃烧室内的高温和高压下；混合气中的一些气体成分将会自然；进而引发无序燃烧。三、燃烧室内有少量碳的残留；在高温高压下产生的火花使燃烧室内的气体在未达到着火点时被点燃。以上三种情况中；有序燃烧是发动机正常有效工作所需要的；而后两种燃烧方式则是有害的。无需燃烧会使发动机正常产生的火焰波没扩散到的位置发生自燃；形成的火焰与正常燃烧的火焰波相撞击产生极大的压力。会使发动机产生产生异常的敲击成；形成爆震。

(1)点火时间过早；为了使活塞压缩结束后就能立刻获得动力通常会提前点火；因为从点火到燃烧完全需要一段时间。而过早的点火会导致活塞还在进行压缩过程时混合气就已经开始燃烧。此时未燃烧的油气承受的压力增大开始自燃；导致了爆震。(2)燃烧室积碳过多；发动机的燃烧室内积碳过多会导致压缩比增大；积碳会在活塞压缩过程中产生高温火星；点燃油气产生不正常燃烧室发动机发生爆震。(3)发动机温度过高；发动机在高温环境下工作的时候进气的温度过高；或者发动机冷却水循环异常；都会使得发动机高温爆震。(4)空燃比不正确；比较低的燃料空气混合比会导致燃烧温度上升；燃烧温度上升又使得发动机温度升高。进而产生爆震。(5)燃油辛烷值太低；辛烷值与燃油抗爆震成正比；是抗爆震的指标。压缩比高的发动机；拥有较高的燃烧室压力；如果使用的燃油辛烷值过低就会容易发生爆震。(6)燃油清洁度不够；燃油中的杂质在发动机压缩时自燃；引起爆震。

3 检测方法

由爆震产生的原理可知在爆震时会发生燃烧室压力异常；产生冲击波导致发动机振动；产生大量噪音等标志。这些情况可以作为检测爆震的信号。根据检测时采集信号的不同；检测方法分为三种。

(1)气缸压力检测；气缸压力检测通过检测发生爆震时的气缸压力作为检测爆震的信号；这种方式采集的是爆震时气缸内的直接信号；较为精确。由于需要使用压力传感器；存在着传感器磨损和安装困难等问题。(2)发动机机体振动；爆震发生时；气缸内瞬间产生的压力冲击气缸内壁；引发发动机振动。在机体或缸盖上安装振动传感器检测其振动；既发动机机体振动检测。这种方法成本低；易安装和维护。(3)噪声检测；检测燃烧时产生的噪声频率；用响应的滤波系统和信号处理器进行识别；用在频率范围内噪声级别的大小判断爆震的等级。这种方法成本低；但精度较差。

4 控制方法

通过分析爆震产生的原因可知；导致爆震的原因主要有点火时间过早、积碳过多、使用低辛烷值燃油等。因此要消除爆震；通常需要采用抗爆性好的燃料；优化冷却循环；推迟点火时间等。其中主要是推迟点火时间对消除爆震有明显效果。主要做法是当检测到爆震时；爆震控制系统ECU收到爆震信号后；通过改变发动机点火提前角而实行对发动机爆震的反馈控制。可以抑制爆震；并改善发动机的工作性能。

5 结语

爆震是汽油发动机发展过程中一直存在的问题；近些年来；人们逐渐的追求这汽车的动力性以及经济性；从而对汽油发动机的爆震问题也在不断的研究；随着汽车电子技术的不断发展；如果更好的控制和检查爆震；这将是内燃机工作者面临的一个永久挑战。

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In recent years, with the improvement of living standards cars become more and more popular. At the same time the car's performance, such as the power, economy, and emission of increasingly receive attention. Because of non renewable oil resources and oil prices improve, want to improve fuel economy, more and more the engine began to increase the compression ratio, which also leads to the possibility of increased gasoline engine knock. Knock and engine power and enhance economic performance be bound together in a common cause. In case of strong detonation, gasoline engine can not work.

Gasoline engine Knock Detection Control