爆震控制策略
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。
汽车发动机的爆震分析与控制
收稿日期 :2000 - 12 - 10 作者简介 :万曼影 (1952 - ) ,女 ,副教授 ,从事动力与能源工程教学与科研工作 。
2001 年 6 月 噪 声 与 振 动 控 制 第 3 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 9 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 。
汽车发动机的爆震分析与控制
43
文章编号 :1006 —1355 (2001) 03 —0042 - 05
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 200030)
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 。
3 发动机爆震控制
汽油发动机爆震控制系统的设计
汽油发动机爆震控制系统的设计【摘要】介绍了汽油发动机爆震现象的产生原因、危害，爆震系统的控制原理、结构、及实现防止爆震的方法，设计出汽油发动机爆震控制系统。
通过分析发动机爆震控制系统的特点，设计相应的控制策略。
实验结果表明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】发动机；爆震控制；汽油喷射；点火提前角1.引言发动机的爆震就是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种现象。
爆震现象不仅对汽油发动机的组成结构产生很大的危害，而且还制约汽油机压缩比的提高，降低热利用率，降低燃油经济率。
因此防爆震可以获得较好的汽油发动机的动力性和燃油经济性以及延长发动机的寿命。
2.发动机爆震控制系统的原理爆震控制系统通过爆震传感器来检测爆震信号，并通过一定的判断算法对爆震进行判别。
通过检测发动机工作工程中每个气缸的爆震强度，并根据爆震控制系统内的爆震指标修正下一个循环的点火提前来实现对爆震强度等级控制。
爆震控制系统的原理图如图1所示。
图1 爆震控制系统原理图一般传统发动机爆震控制，为了使其不产生爆震无论在任何工况下，其点火时刻都设定在微爆震（爆震边缘）的范围以内，这样必然会使发动机输出的功率降低，燃油消耗增加。
试验表明，发动机爆震是在一定的负荷下发生的，一般中小负荷下不易发生爆震。
尤其低负荷下，此时不适合采用控制爆震的方法来调整点火提前角，我们通常采用开环控制方案控制点火提前角。
此时不用电控检测爆震传感器传来的信号，只按照控制系统中存储的相关信息及相关传感器控制点火提前角的大小。
我们如何判断在某一时刻究竟采用开环控制还是闭环控制，只要电子控制对各相关传感器输送过来的信号加以处理分析从而实现对发动机的相关控制。
图2 爆震控制系统组成图3 爆震控制过程3.发动机爆震控制系统的设计3.1 系统硬件设计爆震控制系统由爆震传感器，检测电路，控制电路和执行器组成，如图2所示。
燃气发动机爆震及爆震控制
燃气发动机爆震及爆震控制摘要：为解决内燃机的高效率和稳定性的问题，本文对 Waukesha公司的新型发动机系统管理模块(ESM）进行研究，通过对各个汽缸安装的爆炸探测传感器进行来实各个汽缸的起爆和发动负荷进行研究，提出Waukesha燃气发动机的安全、可靠的工作措施，以期为相关人员提供参考。
关键词：燃气发动机；爆震控制引言能源一直就是一个重要的全球性问题。
能源在各国的政治，经济，军事和科技都起十分重要的作用。
在经济快速发展的同时，我们的能耗也在快速地增长。
汽油、柴油等常规能源在不断地减少，已经严重影响到国家的经济与社会的可持续发展，而天然气是一种新型清洁的替代燃料，近十年来采用天然气作为燃料的新能源动力发展迅猛，然而在技术上还存在很多壁垒，与常规柴油相比，天然气主要是抗爆性差，限制了天然气发动机功率的发挥，因此对燃气发动机的爆震控制研究意义重大。
1.燃气发动机燃气发动机是一类以火花塞为燃料的燃气发动机，为了使其工作效率更高，其爆震的控制是其关键所在。
爆燃是由火花塞点燃后，气缸中混合气燃烧速度过快（火焰传播速度）而引起的。
结果发现，在普通的内燃机中，混合气体在火花塞中心点被点燃后，迅速地向外扩散，直到汽缸的末端。
爆震是一种异常的燃烧，当混合气被点燃后火焰迅速传播，爆炸点的火焰会膨胀，气缸内的压力及温度急剧升高，导致火焰前锋（火焰未传播到的地方）的混合气因为高温高压而自动燃烧，在缸内形成了多个火焰中心，它们之间会形成强大的冲击波导致气缸剧烈地振动。
这种冲击振动会造成气缸盖，气门和活塞圈的破坏。
爆震的发生与气体成分、进气温度、燃烧室结构、压缩比等有很大关系，其爆震特性可用爆震指标WKI来描述， WKI的数值愈大则说明气体爆炸的可能性愈小。
WKI的计算较为繁琐，采用9阶矩阵法，与沼气指标进行了对比，不但包括了可燃物对爆炸的催化效应，还包括了N2、CO2等非易燃气体等，从而可以准确反映出发动机内部的气体抵抗爆炸的能力。
第4章 点火控制
4.1.1.2 影响点火提前角的因素
负荷 歧管压力高（真空度小、负荷大）， 最佳点火提前角小，反之，最佳点火 提前角大。
采用电控点火系统，点火提前角更接电控技术
第四章 点火控制
4.1 点火提前角控制 4.1.1点火提前角及其影响因素 4.1.1.2 影响点火提前角的因素
分为：怠速工况基本点火提前角，正常运转 工况基本点火提前角
怠速工况基本点火提前角
【控制信号】：节气门位臵传感器怠速触点
（IDL信号），发动机转速（Ne信号）和空 调开关（A/C信号）。
从事先存储在存储器内的数据表格中查出。
24
内燃机电控技术
第四章 点火控制
4.1.4 点火提前角的控制
（2）起动后点火时间控制
发动机起动时，在固定的曲轴转角位臵点火，与发动机工况无关。
发动机起动后，根据有关传感器的信号，ECU查找基本点火提前角和修正 点火提前角并相加，计算出最佳点火时刻。
22
内燃机电控技术
第四章 点火控制
4.1.4 点火提前角的控制
（1）起动期间的点火时间控制
发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空 气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角， 一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。 【控制信号】发动机转速（Ne信号）和起动开关（STA信
27
内燃机电控技术
第四章 点火控制
4.1.4 点火提前角的控制
（2）起动后点火时间控制
② 点火提前角的修正 怠速稳定性修正 ECU通过曲轴位臵传感器检测发动机转速，计 算发动机的平均转速，根据实际转速与目标 转速的差值来修正点火提前角。 实际转速低于目标转速，增大点火提前角； 反之，推迟点火提前角。 【控制信号】 发动机转速信号（Ne信号）、节气门位臵信 号（IDL信号）、车速信号（SPD信号）、空 调开关信号（A/C信号）。
005 点火爆震控制
四、爆震的控制过程
➢ 当 爆 震 强 度 积 分 值 Ui ＞ UB 时 ， ECU 立 即 推 迟 点 火 0.5° ~1.5°），直到爆震消除。 （例：日产汽车公司0.5°~1°，修正速度为0.7°/s） 爆震强度越大，推迟越多；爆震强度越小，推迟越少。
一、爆震控制系统组成
桑塔纳2000GSi型轿车爆震控制系统组成
二、基准电压的确定
➢ 爆震传感器输出信号进行滤波和半波整流 ➢ 利用平均电路求得信号电压的平均值， ➢ 再乘以常数倍即可形成基准电压UB， ➢ 平均值的倍数由设计制造时试验确定。
三、爆震强度的判别
首先利用基准电压值对 爆震传感器输出信号进 行整形处理，然后对整 形波形进行积分，求得 积分值Ui。
➢ 当Ui ＜UB时，爆震已消除，ECU增大提前角，直到再次产 生爆震。
图6－38 爆震反馈控制 的点火提前角曲线
1－点火提前角极限值； 2－ECU控制； 3－分电器调节
育人格言
行止无愧天地， 褒贬自有春秋！
点火提前角θ由三部分组成：
θ＝θi＋θb＋θc
（1）初始点火提前角θi （2）基本点火提前角θb （3）修正点火提前角θc
（1）初始点火提前角
初始点火提前角θI――又称为固定点火提前角 桑塔纳2000型轿车：θi＝8°（BTDC 8°）
下列情况：实际点火提前角 = 初始点火提前： （1）发动机启动时。启动时，转速变化大，空气 流量不稳定，AFS信号不稳定，θ不能准确控制; （2）发动机转速低于400 r/min时； （3）检查初始点火提前角时。此时有三个条件： ➢ 一是测试插头短路； ➢ 二是怠速触点（IDL）闭合； ➢ 三是车速低于2 km/h。
汽油发动机爆震分析与控制
的压力传感器 ， 要 对气 缸盖 进行 较大 的加 工 ， 感器 成 需 传 本高 ， 寿命短 ， 故这种方法 目 主要 用于实验性 的研究 。但 前 不少专家预测 ，随着 对排 放 和燃 油经济 性要 求 的提高 ，这 种方法今后将得到广泛应用 。
２ ８・ ２
第７ 期
王
强： 汽油发动机爆震分析与控制
总第 ２９ ０ 期
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 分析爆震传感器输入信号 ， 只按 Ｒ Ｍ 中存储 的信息 及有关 Ｏ 传感器控制点火提前的大小。显然 ， 断在某 一时刻究竟 要判
时达到避免 强爆震 和最佳 燃油 利用率 目标。发动 机的多参 数综合控制 可以监控 多种信号和工作状态 ， 并根据 当前状态 选择最佳 的控制策 略 ， 从而确保在任何情况下都能达到最佳 控制 。
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。
图 ２ 爆震反馈控 制原理 图
收 稿 日期 ：０ １—０ ２１ ３—１ ６
・
断爆震 。在机体 或气 缸 盖上 的合适 位 置上 安装振 动 （ 加速 度 ）传感器 ， 测量 由爆震 时的压力振荡 所引起 的机体 振动 ， 调整传感 器和信 号识别 处 理系 统的频 带 ， 其能 覆盖发动 使 机爆震 时 的振 动 频 率 （ 车发 动 机 爆 震 频 率 一 般 为 ５～ 轿 １ Ｈ 之间）， 在爆震 发生时 与之共 振 ， 给出相应 的信 ０ｋ ｚ 并 并 号输 出。该方 法 目前被广泛应用于 国内外 的轿车发动机上 ， 优点是传 感 器结 构 简单 。成本 低 、 修 方便 ， 合 大量 生 维 适
4 爆震控制
4 爆震控制压缩比超出10.0:1的发动机对于增压发动机而言压缩较高。
爆震控制系统监控燃烧过程。
爆震控制系统已进行功能扩展。
数字式发动机电子伺控系统(DME)也可识别强爆震(炽热点火形式)。
4.1 数字式发动机电子伺控系统数字式发动机电子伺控系统(DME)在靠近发动机处固定在进气系统上,并通过进气进行冷却。
电线束和数字式发动机电子伺控系统(DME)之间的插头连接在插入状态下实现防水密封。
数字式发动机电子伺控系统(DME)为传感器和执行器直接供电。
数字式发动机电子伺控系统(DME)的上面封闭进气系统的一个相应的开口。
数字式发动机电子伺控系统(DME)是发动机控制的计算和开关中心。
发动机上和车辆上的传感器提供输入信号。
根据输入信号和在数字式发动机电子伺控系统(DME)中确定的标准值以及存储的特性线，计算出用于控制执行器的信号。
数字式发动机电子伺控系统(DME) 直接控制执行器或通过继电器控制执行器。
在数字式发动机电子伺控系统(DME)中的线路板上有2个传感器：a、1个温度传感器；b、1个环境压力传感器。
温度传感器用于对数字式发动机电子伺控系统(DME)中的部件进行热监控。
计算混合气成分时需要使用环境压力。
下图所示例如为发动机 N55。
4.2 爆震传感器视发动机而定，最多使用2个爆震传感器。
这些爆震传感器探测曲轴箱的固定体声振动。
爆震燃烧产生一种特殊样式的固体声振动，可由爆震传感器探测并由数字式发动机电子伺控系统(DME)分析。
数字式发动机电子伺控系统(DME) 的爆震控制系统例如可以通过调节点火提前角抵消这种爆震燃烧。
爆震燃烧的出现与下列因素有关：a、压力；b、温度；c、油气混合气；d、燃油等级(研究法测定的辛烷值/发动机法测定的辛烷值)。
与正常燃烧相比，在爆震燃烧时部分油气混合气会自行和突然点燃。
在由点火火花传出的正规燃烧到达这部分油气混合气之前，这种点燃就已经发生。
这时会出现超过300m/s的火焰传播速度，而在正常燃烧时火焰传播速度30m/s。