爆震传感器与点火正时对动力性能的影响

www.che168.com 发布时间：2007-05-31 22:58 作者：Caddy 发动机的点火正时非常重要，不准确的点火正时会影响发动机的性能。轻则发动机功率下降，重则会导致发动机爆震，进而损失发动机。前一阵子福克斯的发动机爆震问题闹得沸沸扬扬，主意原因就是出在点火正时上。那么点火正时是什么意思呢？它为何这么重要呢？题目中的爆震传感器又是怎么回事呢？ 

    初看点火正时四个字可能有些人会不明白是什么意思，其实点火正时就是指发动机在工作的时候火花塞进行点火的时刻。这个还有什么需要说明的吗？火花塞点火的时刻不就是气缸的体积被活塞压缩到最小的时候开始点火吗？其实这样的理解是错误的，道理也很简单。因为混合气体燃烧有一定的速度，也就是说在火花塞点火到气缸里的混合气体完全燃烧时是需要一段时间的。虽然这段时间极短，但是由于发动机转数很高，在这个极短的时间内，曲轴仍然可以旋转较大的角度，活塞也就运动了一段距离。 

    现在我们按前文所提到的活塞运动到上止点的时候火花塞开始点火，来看看会出现什么情况。首先当活塞恰好运动到上止点的时候火花塞开始点火，当混合气体开始燃烧的时候，活塞已经开始向下止点运动了。这样气缸的容积变大，混合气体燃烧后的压力就减小了，导致发动机的功率降低。所以火花塞应该在活塞运动到上止点之前就提前点火，当活塞运动到上止点的时候混合气体开始燃烧，然后活塞开始向下止点运动开始作功行程，这样混合气体燃烧刚燃烧时由于气缸的容积最小，所以压力就越大、能量的利用可达到最大限度，发动机的功率也就提高了。此时我们称火花塞点火时到活塞运动到上止点时的这段时间内，曲轴所转过的角度称之为点火提前角。也就是在火花塞点火时曲轴所旋转的位置到活塞运动到上止点时曲轴所旋转的位置之间的角度。

    既然我们已经确定了发动机点火提前角，那么准确的点火正时实际上就是准确的点火提前角。那当点火提前角过早或点火提前角过晚的话都会出现什么情况呢？ 

    首先，让我们看看点火提前角过早的时候是什么情况。所谓的点火提前角过早就是火花塞的点火时刻过早。这时当气缸内混合气体已经完全燃烧时，活塞还在继续向上止点运动。但是此时气缸内的压力已经达到了最大值，必然会对活塞的运动相反方向施加一个压力，这样发动机的功效就会减弱，发动机的功率也就随之降低。最重要的是这时由于活塞上出现了一对相反的作用力，这就是爆震现象。 

    所谓的点火提前角过晚就是火花塞的点火时刻晚。当气缸的混合气体已经完全燃烧时，活塞已经运动过了上止点，正在向下止点运动过程中。这种情况类似于没有点火提前角的情况。导致的结果便是发动机的功率大幅减小、动力大幅降低。 

    我们需要设置一个最佳的点火提前角，以保证发动机随时都可以充分的产生最大功效，避免发动机功率的流失。那么什么时候点火才是最佳时刻呢？从上面的分析可以看出，点火后，发动机处于爆震与非爆震的临界点时才是最佳的。每个发动机的这个最佳点火提前角并不是一个固定值，它随着很多因素而改变。这些因素主要包括了发动机的转速和发动机的负荷以及所加入汽油的辛烷值。确立最佳点火提前角需要考虑到这些因素。 

    当发动机节气门的开口角度不变时，也就是当发动机处于同一种负荷的状态。此时发动机转速越快，曲轴在单位时间转过的角度就越大，所以就应该增加点火提前角，否则混合气体的燃烧过程就会延续到活塞的做功行程中，导致发动机功率和动力降低。所以，点火提前角应该随着发动机的转速的升高而增大。但是这并不是一种线性的增长关系，原因是由于发动机的转速达到一定时，此时发动机的温度和压力都会提高，混合气体的燃烧速度也就会加快，所以就需要点火提前角的增大速度变缓。 

    发动机转速一定时，随着节气门的开口角度增大、发动机负荷增加、进气管中的流速增快，气缸内单位时间吸入的混合气体也增多。在压缩行程，活塞运动到上止点时燃烧室的压力也就增大，同时由于进气流速的增快，气缸内的废气也就减少。所以此时混合气体的燃烧速度也就增快了，这就需要减小点火提前角。反之，发动机负荷减小时，点火提前角也应相应增大。 

    相同压缩比发动机的点火提前角还和所燃烧汽油的辛烷值有关系。由于高辛烷值汽油可以适应高压缩比发动机，具有较高抗爆性，所以在相同压缩比的发动机中，高辛烷值汽油要比低辛烷值汽油燃烧速度慢，所以同样要增加点火提前角。 

    有了这些因素以后，如何实现最佳点火正时呢？也就是说如何让点火时刻恰好在爆震与不爆震的临界点呢？ 

    在分电器点火的发动机中一般会设置两套装置来随时自动调节点火提前角，它们分别是根据转速调节的离心点火提前装置和根据负荷调节的真空点火提前装置，但是这两样装置都不能精确控制点火提前角，也不能应用于不同辛烷值标号的汽油，因此它无法找到最佳点火提前角。而对于电子点火发动机而言，我们就可以设置一些传感器来监测发动机的状态，然后把信息传给ECU，由ECU来控制点火提前角。通常会设置监测发动机转速的转速传感器和曲轴相位传感器，以及监测发动机负荷的节气门位置传感器。但是，这些传感器采集的信号还无法满足准确找到最佳点火提前角的要求，因为不同的工况太多、使用不同燃油时的辛烷值也不可能很准确，因此，单靠这些数据是无法确定爆震临界点的。 

    此时我们就需要设置一个可以监测发动机是否要爆震的传感器，这样就能实现精确控制了。根据最佳点火提前角出现时刻的特性，工程师们在气缸壁上设置了爆震传感器。爆震传感器是根据物理中的共振原理进行设计的——就是在气缸壁上布置一个金属片，使金属片的振动频率与气缸的固有振动频率相同。由于爆震时气缸壁的振动频率会发生变化，所以只要监测金属片是否发生共振，就可以由ECU断定是不是达到了最佳提前角，来控制火花塞点火的刻了。而且，有了爆震传感器同样可以应用不同辛烷值标号的汽油。 

    或许有人会问，既然有了爆震传感器，为何发动机还会有爆震出现呢？福克斯的发动机里难道没有爆震传感器吗？其实这是一个错误的理解。因为爆震传感器只是根据最佳点火提前角出现时刻的特性而设计的传感器，它的设计诉求只是为了找到精准的点火正时，并不是单独为了消除爆震，对于由于点火正时引起的爆震，在一定范围内它可以将其反馈给ECU调整，而对于其它原因所产生的爆震，爆震传感器就无能为力了。 

    气缸内部的积炭会引起爆震，因为在压缩行程时，仍在燃烧的积炭会提前点燃混合气；压缩比好的发动机添加了低辛烷值的燃油也会引起爆震，因为低辛烷值的燃油抗爆性不好，在压缩时混合气就提前自然引起爆震；即使是点火正时引起的爆震，ECU也只能在一定范围内调整，如果原始数值偏差太大，就算爆震传感器将爆震情况反馈给了ECU，ECU也无法解决。对于这些能够引起爆震的故障，只有全部对症下药，才能加以解决。