10第十讲爆燃控制与点火提前角控制
爆燃控制原理
爆燃控制原理爆燃控制是发动机管理的一个重要方面，旨在在发动机性能和燃油经济性之间寻求平衡。
本文将详细阐述爆燃控制原理的各个方面，包括点火延迟控制、燃料喷射策略、压缩比与温度控制、空气与燃料比例、点火能量与火花塞选择、燃烧室形状与气流、油耗与排放、传感器监控、抗爆震材料以及热管理系统。
1.点火延迟控制点火延迟控制是指通过延迟点火时间来控制燃烧过程，以优化发动机性能和燃油经济性。
点火时间的延迟受多个因素影响，如发动机转速、负荷和燃油类型等。
通过精确计算和控制点火时间，可以确保发动机在最佳时机进行燃烧，从而提高动力输出和燃油利用率。
2.燃料喷射策略燃料喷射策略对爆燃控制至关重要，不同的喷射策略会对发动机性能产生显著影响。
连续喷射策略可以增加燃油雾化效果，提高混合气形成质量，但容易导致发动机过热和燃油浪费。
分组喷射策略可以根据需要分批次喷射燃油，以实现更好的燃油利用率和动力输出。
缸内直喷策略可以将燃油直接喷入汽缸内，提高混合气形成质量和燃烧速度，但需要更高的喷射压力和精度。
3.压缩比与温度控制压缩比和发动机温度是影响爆燃控制的重要因素。
通过控制压缩比，可以调整发动机的压缩终点压力和温度，进而影响燃烧速度和爆燃程度。
同时，发动机温度也会影响燃油的汽化程度和混合气形成质量，进而影响燃烧过程。
因此，需要对发动机温度进行精确控制，以确保最佳的爆燃效果。
4.空气与燃料比例空气与燃料比例是爆燃控制中的关键参数。
合适的空燃比可以确保充分燃烧，提高发动机性能和燃油经济性。
空燃比受多个因素影响，如进气量、燃油喷射量以及混合气形成质量等。
通过调节空燃比，可以控制燃烧速度和爆燃程度，使发动机在最佳状态下运行。
5.点火能量与火花塞选择点火能量和火花塞选择也是爆燃控制的关键因素。
合适的点火能量可以确保燃油充分燃烧，提高发动机性能。
火花塞的选择同样重要，需要选用高品质的火花塞，以保证可靠的点火效果。
通过合理选择点火能量和火花塞，可以控制燃烧反应和避免爆燃现象的发生。
关于汽车点火提前角的问题
混合气的燃烧时间
• 混合气点火到完全燃烧约需2～3ms的时间 • 由于发动机的工况变化、转速变化，节气 门开度变化，以及气缸内的混合气浓度变 化，导致了在不同工况下，气缸内混合气 燃烧时间的不同，所以，不能简单的一概 而论。
• 在汽油机一定的节气门开度下，随负荷的 变化，转速相应变化。转速增加时，气缸 中紊流增强，火焰传播速度加快。 • 随转速增加，压缩过程所用时间缩短，散 热及漏气损失减少，压缩终了工质的温度 和压力较高，使以秒计的燃烧过程缩短。 但缩短程度不如转速增加的比例大，使燃 烧过程相当的曲轴转角增大，而以曲轴转 角计的着火落后期增长。
（一）着火落后期
• 从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止这段时间， 称为着火落后期。 • 火花塞跳火后，并不能立刻形成火焰中心，因为 混合气氧化反应需要一定时间。火花能量使局部 温度迅速升高，（火花放电时两极电压在15000V 以上，混合气局部温度可达2000℃），加快了混 合气的氧化反应速度。当这种反应达到一定程度 时（约0.001s～0.002s），出现发光区，形成火 焰中心。此阶段缸内压力无明显升高。 • 着火落后期的长短与燃料本身的分子结构和物理 化学性质、过量空气系数（φ at=0.8～0.9时最短)、 开始点火时气缸内温度和压力（取决于压缩比）、 残余废气量、气缸内混合气的运动、火花能量大 小等因素有关。
（三）补燃期（后燃期）
• 从最高压力点开始到燃料基本燃烧完为止 称为补燃期。这一阶段的燃烧主要是：明 显燃烧期火焰前锋扫过的区域，部分未燃 尽的燃料继续燃烧；吸附在缸壁上的混合 层继续燃烧，部分高温分解产物（H2、O2、 CO等），因在膨胀过程中温度下降又重新 燃烧、放热。
点火时刻为什么要 随发动机转速提高 而提前？
火焰燃烧速率
10第十讲爆燃控制与点火提前角控制解析
发动机发出最大转矩的点火刻(MBT)是在开始发生爆 震点火时刻 (爆震界限)附近。
对无爆震控制的点火系统，为了防止爆震的产生，其 点火时刻的设定远离爆震边缘，这势必会降低发动机的效 率，增加燃油消耗。
具有爆震控制功能的点火系统能使点火时刻到爆震边 缘只有一个较小的余量，这样既可控制爆震的发生，又能 更有效地得到发动机的输出功率。这一功能是由点火控制 系统ECU来完成的。
爆震传感器
第一节 概 述
一、爆燃传感器
（一）汽油机爆震燃烧产生的机理
汽油发动机是利用火花塞产生的电火花将一小团流经 火花混合气点燃，使火焰在混合气中不断扩展传播进行燃 烧，直至燃烧完。
尽管混合气燃烧迅速，但是火焰传播到直至燃烧完， 约为2ms~3ms，为了使发动机有较好动力性、经济性，因 此要在压缩行程中活塞到达上止点之前点燃混合气。
点火 提ຫໍສະໝຸດ MBT前角
CA
逐渐减小 点火提前角
逐渐增大点火提前角
时间
点火提前角闭环控制
CA — crank angle 曲轴转角
V
产生爆燃 无爆燃
频率 / kHz
2）ECU中的爆燃判别电路
3）爆燃判别的范围
曲轴位置信号 各缸上止点 爆燃判断范围
第一缸
第五缸
0º
120º
判断范围
第三缸 240º
第六缸 360º
爆燃传感器信号
爆燃
爆燃判断范围 以外强振信号
爆燃判别的范围
4）点火提前角闭环控制
爆燃判断信号
爆燃发生 时段
爆燃未发生时段
2）振动传感器型：在发动机汽缸或进气岐管上对爆燃引起振 动较灵敏的部位装爆燃传感器，一般四缸机装一个，六缸
点火提前角名词解释
点火提前角名词解释
点火提前角（Ignition Advance Angle）指的是在内燃机中，点火时火花塞的点火时间相对于活塞到达顶死点（TDC）的位置提前的角度。
点火提前角的大小对发动机性能和燃油经济性具有重要影响。
通常情况下，点火提前角的调整是为了实现最佳的燃烧效果和动力输出。
点火提前角的选择主要受到以下几个因素的影响：
1. 燃气燃烧速度：燃气爆炸时的燃烧速度取决于燃料的化学性质和空燃比。
不同的燃料有不同的燃烧速度，因此需要在点火提前角上进行适当的调整，以实现最佳的燃烧效果。
2. 活塞的运动速度：点火提前角的调整还要考虑活塞的运动速度。
当活塞在高速运动时，燃料混合物需要更早点燃，以确保在活塞到达顶死点之前完成燃烧，从而实现最佳的动力输出。
3. 弹簧性弹性：点火提前角也要考虑到发动机中的各种机械部件的磨损和弹性。
发动机在使用中会出现磨损，活塞和其他运动部件的运动速度可能会发生变化。
因此，需要通过调整点火提前角来适应这些变化，以保持发动机的稳定性和性能。
4. 发动机负荷和转速：不同负荷和转速条件下，发动机的工作状态会有所不同，所以点火提前角也需要进行相应的调整。
负荷和转速越高，燃烧速度越快，因此需要更早的点火提前角来保证燃烧效果。
总之，点火提前角是发动机的关键参数之一，对发动机的性能和燃油经济性具有重要影响。
合适的点火提前角可以确保燃料燃烧充分，提高发动机的动力输出和燃油经济性。
因此，在发动机的调试和使用中，需要根据实际情况进行点火提前角的优化调整，以实现最佳的发动机性能。
点火提前角的控制原理
点火提前角的控制原理点火提前角是指发动机在压缩行程单缸顶死点之前点燃混合气体的角度。
点火提前角的控制原理是通过传感器采集到发动机的工况参数，并经过电控单元计算和控制，调整点火时机的角度。
下面将详细介绍点火提前角的控制原理。
1.发动机工况参数的采集：传感器将发动机的工况参数，如转速、负荷、进气温度、曲轴角度等采集出来，作为计算点火提前角的依据。
2.点火提前角的计算：在电控单元中，通过预先设定好的点火曲线和根据实际工况参数的采集值，计算出点火提前角的数值。
这个计算过程可以使用预先存储的查找表或者数学模型来实现。
3.点火提前角的控制：计算出点火提前角的数值后，电控单元将根据这个数值来控制点火系统，使得点火系统能够实现在合适的时机点燃混合气体。
当发动机转速上升或者负荷增加时，点火提前角会相应地提前，以保证发动机的燃烧效率和动力输出。
4.适应性提前角控制：为了进一步提高发动机的燃烧效率和动力性能，一些现代化的发动机还采用了适应性提前角控制。
即根据发动机的运行状况，实时地调整点火提前角的数值。
例如，当发动机在高速运行时，适应性提前角控制可以根据发动机的冷却水温和油温等参数，自动调整点火提前角的数值，使得发动机能够更好地适应高负荷工况，提供更高的动力输出。
总的来说，点火提前角的控制原理是通过采集发动机的工况参数，计算出点火提前角的数值，并根据这个数值来控制点火系统，以保证发动机的燃烧效率和动力输出。
这一原理的实现不仅需要准确的工况参数采集和计算算法，还需要一个可靠的电控单元和精密的点火系统。
只有通过有效的点火提前角控制，发动机才能够实现高效、经济、环保和高性能的运行。
爆燃控制
发动机爆燃控制日期：2008-5-6 源自：访问次数：15 【字号：大中小】2．2．3发动机爆燃控制发动机爆燃控制是用来确定最大点火火花发生的提前角，以避免点火过早而超出发动机的爆燃压力极限。
为了提高发动机的燃油经济性，并通过提高发动机运行效率来增强其输出的动力性能。
通常在发动机正常运行时，点火提前角非常接近于产生爆燃的极限点。
当汽油机燃用具有不同辛烷值的混合汽油时，采用发动机爆燃控制能很好地解决汽油机燃用多种辛烷值汽油的要求。
发动机爆燃控制系统利用安装在机体上的爆燃传感器，通过对发动机机体振动的测定来判断发动机是否处于爆燃状态。
传感器输出的信号被送到电子控制单元中，并在电子控制单元内进行计算，根据发动机爆燃情况作出是否需要滞后或提前点火时间的指令。
1 ．发动机爆燃控制系统的功能通常发动机爆燃控制系统是由图 2.34 所示的部分组成。
以下将按图 2.34 来介绍这一系统。
（ 1 ）滤波电路当发动机产生爆燃时，在一特定的振动频率内有相当大的振幅。
采用滤波电路后可将这一特定的振动频率与其它振动频率分离出来，作为发动机是否产生爆燃的判据信号。
图 2.35 表示了从爆燃传感器输出的信号特性。
（ 2 ）爆燃检测在发动机点火火花产生后的一个固定时间内，利用爆燃传感器输出电压信号的峰值高低作为检测发动机是否产生爆燃的依据。
将发动机没产生爆燃时，爆燃传感器所测定的电压信号峰值的平均值作为判断发动机是否产生爆燃的基准（参照）值，或称背景干扰值。
将爆燃传感器输出的峰值信号与基准信号进行比较，就可测定发动机的爆燃是否依然存在还是已经消失。
通过对爆燃传感器输出的高于基准值的峰值信号进行计算、比较来判断发动机爆燃程度的强弱。
爆燃控制系统的运算时序图如图 2.36 所示。
（ 3 ）爆燃发生时点火时间控制的实施根据爆燃传感器检测到的爆燃强度，电子控制系统作出反馈控制，决定下一气缸点火时间应该滞后还是应该超前。
如果检测到发动机已产生爆燃，则点火立刻滞后，滞后时间与爆燃强度成正比。
汽车发动机电控技术习题集及答案
第一章汽车发动机电控技术概述习题一、填空题1.电控燃油喷射系统用英文表达为____________，怠速控制系统用英文表达为___________。
1.EFI、ISC2.目前，应用在发动机上的子控制系统重要涉及电控燃油喷射系统、_2.电控点火系统___________和其他辅助控制系统。
3.在电控燃油喷射系统中，除喷油量控制外，还涉及喷油正时控制、______________和_____________控制。
3.断油控制、燃油泵控制4.电控点火系统最基本的功能是________________。
此外，该系统还具有_____________控制和______________控制功能。
4.点火提前角控制、通电时间控制、爆燃控制5.排放控制的项目重要涉及废气再循环控制、活性炭罐电磁阀控制、氧传感器和___________、____________控制等。
5.空燃比闭环控制、二次空气喷射控制6.传感器的功用是____________________________________________。
6.采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU7.凸轮轴位置传感器作为_____________控制和___________控制的主控制信号。
7.喷油正时；点火正时8.爆燃传感器是作为_____________控制的修正信号。
8.点火正时9.电子控制单元重要是根据__________拟定基本的喷油量。
9.进气量10.执行元件受________控制，其作用是__________________。
10.ECU、具体执行某项控制功能的装置。
11.电控系统由、、三大部分组成。
11.信号输入装置、电子控制单元、执行元件12.电控系统有、两种基本类型。
开环控制系统、闭环控制系统13.应用在发动机上的电子控制技术有：电控燃油喷射系统、、、、、进气控制系统、增压控制系统、巡航控制系统、警告提醒、自诊断与报警系统、失效保护系统、应急备用系统。
点火提前角控制
←推迟 提前→
过热修正：冷却液温度过高时，点火 提前角应适当增大。
过热修正控制信号：冷却液温度传感
IDL断
20 40 60 80 100 120
冷却液温度/℃ 过热修正
（2）怠速稳定修正
ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标 转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。 怠速稳定修正控制信号：发动机转速信号（Ne信号）、节气门 位置传感器信号（IDL信号）、车速传感器信号（SPD信号）、 空调开关信号（A/C信号）
空调断开 空调接通
与怠速目标转速的差值
修正值
（3）空燃比反馈修正 由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈 信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的， 所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。 为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的 变化进行修正。
点火提前角
喷油量
小结
起动时点火控制 初始点火提前角
2.基本点火提前角
– 以二维表的形式存储在CPU中的ROM存储器中。 – 分为：
① 怠速基本点火提前角
ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机 转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A/C信 号）确定基本点火提前角。
空调开关接通，基本点火提前角为8 ◦，实际点火提前 角为18 ◦
点火正时控制 起动后点火控制
初始点火提前角 基本点火提前角 修正点火提前角
过热修正 怠速稳定修正 爆燃修正 其他修正等
汽车电子控制技术
基本点火提前角
不同转速和负荷下所对应的点火提前角
电控点火数据图
1.1 丰田公司TCCS系统点火提前角控制
3.点火提前角的修正
不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项 目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修 正点火提前角法两种 。
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爆燃传感器信号
爆燃判断范围 以外强振信号
爆燃
爆燃判别的范围
4）点火提前角闭环控制
爆燃发生 时 段 爆燃判断信号 点 火 提 前 角 CA 逐渐减小 点火提前角 时间 爆燃未发生时段
MBT
逐渐增大点火提前角
点火提前角闭环控制
CA — crank angle 曲轴转角
（二） 爆震燃烧的控制方法 1）改进燃烧室和进气系统结构 2） 改变燃油品质 3）精确控制点火时刻 发动机发出最大转矩的点火刻(MBT)是在开始发生爆 震点火时刻 (爆震界限)附近。 对无爆震控制的点火系统，为了防止爆震的产生，其 点火时刻的设定远离爆震边缘，这势必会降低发动机的效 率，增加燃油消耗。 具有爆震控制功能的点火系统能使点火时刻到爆震边 缘只有一个较小的余量，这样既可控制爆震的发生，又能 更有效地得到发动机的输出功率。这一功能是由点火控制 系统ECU来完成的。
（三） 爆燃控制系统
1. 爆燃控制系统的组成
ECU ESA — Electronic Spark Advance，点火提前角
2.爆燃传感器的类型
电 器 连接装置 平衡块 电压元件 外壳 电 器 连接装置 火花塞 爆 燃 电压元件 传感器 圆 盘 外壳
安装螺纹
非共振型
共振型
火花塞金属垫座型
1）压力传感器型：利用各缸火花塞的垫圈部位各装一个压电 元件来检测爆燃信息。 2）振动传感器型：在发动机汽缸或进气岐管上对爆燃引起振 动较灵敏的部位装爆燃传感器，一般四缸机装一个，六缸 机和V型六缸机装两个。振动传感器型又分为非共振型和 共振型两类，在第二节介绍其结构和原理。
爆震传感器
第一节
概
述
一、爆燃传感器 （一）汽油机爆震燃烧产生的机理
汽油发动机是利用火花塞产生的电火花将一小团流经 火花混合气点燃，使火焰在混合气中不断扩展传播进行燃 烧，直至燃烧完。 尽管混合气燃烧迅速，但是火焰传播到直至燃烧完， 约为2ms~3ms，为了使发动机有较好动力性、经济性，因 此要在压缩行程中活塞到达上止点之前点燃混合气。 点火时刻过早，大部分混合气在压缩行程的末期燃烧， 使气缸内的温度和压力过早的升高，压缩行程就会消耗较 多的功。 由于点火过早，使最后燃烧部分混合气在燃烧前受到 高温高压的影响，容易引起爆燃。
由于爆燃和点火时刻有密切关系，在一定范围内点火时 刻提前，燃烧的最大压力就高，因而容易产生爆燃。如图所 示为爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系。
爆燃范围 点 火 时 刻 安全余量 转 矩 无爆燃控制 有爆燃控制
无爆燃控制 有爆燃控制
爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系
发动机发出最大转矩的点火时刻（MBT）是在开始产生 爆燃的点火时刻的附近。因此在设定点火时刻时，应留有离 开爆燃极限的安全余量。 无爆燃控制时，为使其在最恶劣的条件下，如使用劣质 燃油、发动机磨损、燃烧室内积碳等也不致产生爆燃，因此 留的安全余量就更大些，这时的点火时刻比发出最大转矩时 的点火时刻滞后较多，故转矩降低。 若用爆燃传感器能检测到爆燃，就可以把点火时刻控制 到接近爆燃极限的位置，以便能更充分发挥发动机的潜力。 尤其是在装有废气涡轮增压器的发动机上，由于使用绝 热增压的空气燃烧，发生爆燃的可能性更大，更需采用爆燃 控制。这样可以同时控制点火提前角推迟和打开废气旁通阀 降低增压压力，更有效的抑制燃烧。
在过高的高温高压作用下，有时离火花塞最远的那部 分混合气以远超过正常火焰传播的速度，使未燃的混合气 瞬间燃烧完毕。由于燃烧极为迅速，气体容积来不及膨胀， 而温度和压力则急剧增加，这样，压力来不及传给气缸内 其他部分气体，形成气缸内部局部气体压力增高，生成压 力波。这种压力波以超音速传播，撞击燃烧室壁、活塞、 气缸壁而使之振动，发出尖锐的敲击声。这种现象就是爆 震燃烧，简称爆燃或爆震。 发动机工作时，如果持续产生爆燃，不但引起汽缸体、 汽缸盖和进气歧管等薄壁构件的高频振动，以及运动机构 的冲击载荷，产生很大噪声最终导致机件损坏，而且火花 塞电极或活塞很可能产生过热、熔损等现象，造成发动机 严重故障，因此必须防止爆燃的产生。
爆燃传感器
爆燃传感器结构和检测
3. 爆燃控制的判断
1）爆燃信号的判断
传 感 器 输 出 电 压 V
发动机转速一定
产生爆燃
无爆燃
频率 / kHz
2）ECU中的爆燃判别电路
3）爆燃判别的范围
曲轴位置信号 各缸上止点 第一缸 0º
判断范围பைடு நூலகம்
第五缸 120º
第三缸 240º
第六缸 360º
爆燃判断范围