详解宝马车系N20发动机爆震控制

    一、概述
    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：压力、温度、油气混合气。
    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约30m/s。图1所示为发动机N55爆震传感器。

    在爆震持续时间较长时，突然燃烧的油气混合气的压力波可能在汽缸盖密封件上、在活塞上和汽缸盖上引起机械和热损坏。爆震燃烧的典型震动可通过爆震传感器感测，转换成电信号并输送到数字式发动机电子伺控系统（DME）。在数字式发动机电子伺控系统（DME）中根据点火顺序对这些信号进行处理，以便能够分配到相应的汽缸。爆震传感器可记录频率范围5～20kHz内的固体声。通常出现的发动机爆震噪声的频率在7～16kHz的范围内变化。数字式发动机电子伺控系统（DME）为了识别爆震燃烧根据下列因素选择当时最佳的频率进行分析：发动机转速、负荷、汽缸。
    爆震信号如图2所示。

    二、系统概览
    图3为N55发动机爆震控制系统的系统概况。

    三、爆震控制
    发动机装备了一个有汽缸选择性的、自适应的爆震控制系统。下列情况会加重爆震：压缩比过高、汽缸进气高、燃油等级差（研究法测定的辛烷值／发动机法测定的辛烷值）、进气温度和冷却液温度高。
    压缩比也可能由于沉积物或制造方面的波动而达到过高的值。对于不带爆震控制系统的发动机，在设计点火开关时必须通过与爆震极限的安全距离来考虑这些不利影响。因此，在上部负荷区内效率受损就不可避免。爆震控制系统可防止爆震。只在实际存在爆震危险时，才会恰如其分地朝滞后方向调节相关汽缸的点火时刻（有汽缸选择性）。于是能够根据油耗最佳值设计点火提前角特性线（不考虑爆震极限）。不再需要保持安全距离。爆震控制系统负责对点火时刻进行所有由爆震决定的修正，并且也能够用普通汽汕（至少研究法测定的辛烷值91）实现正常行驶。爆震控制系统：防止爆震造成损坏（包括在不利的条件下）；具有自适应功能，在快速变化的条件下也能够根据当时的爆震危险进行调整，从而选择最佳的点火提前角；在整个上部负荷区内降低油耗和提高扭矩（根据使用的燃油等级）；通过最佳利用提供的燃油等级并考虑相应的发动机状态提高经济性。
    爆震控制系统的白诊断包括下列检测：检测有故障的信号，例如断路或插头连接损坏；分析电路自检；检测由爆震传感器探测到的发动机噪声级。
如果在这些检测之一时确定某个故障，则关闭爆震控制系统。一个紧急程序执行点火角控制，发动机扭矩被限制。同时在故障代码存储器中记录一个故障·此紧急程序确保自至少研究法测定的辛烷值91起无损坏地运行。此紧急程序与负荷、发动机转速和冷却液温度有关。
    四、爆震传感器的正确位置
    安装了多个爆震传感器（例如发动机N55内）时，诊断功能不能识别出两个爆震传感器的意外混淆，爆震传感器的正确位置对于爆震控制系统的正常工作至关重要。各个爆震传感器的正确位置已通过连接电缆的长度和与电线束接头之间的位置规定好。在安装时要注意爆震传感器的正确位置。

    五、爆震
    强爆震是一种在高增压发动机上发生的不规律的燃烧。在这时最大燃烧压力从正常约100bar升高到最多200bar。这里的原因是燃油室内有脏物，这些脏物在实际点火时刻之前触发了油气混合气的燃烧。因此，无法通过点火干预防止强爆震。如果数字式发动机电子伺控系统（DME）识别到强爆震，为了防止发动机损坏就会降低功率。强爆震会导致相关汽缸短时喷射关闭（3～6个循环）。此外，如果在较高发动机转速时频繁出现强爆震，则会在故障代码存储器中记录一个故障。在这些情况下，一个可能的故障原因是某个火花塞损坏。

    六、爆震传感器
    1．概述
    爆震传感器固定在曲轴箱左右两侧。爆震传感器用于记录固体声振动（敲击）。敲击式燃烧可损坏发动机。爆震传感器的数据令发动机控制系统可以采取应对措施。在汽油发动机中，可在特定条件下可能变成响铃式燃烧过程。该响铃式燃烧过程将降低最早可能出现的点火时刻，并由此限制发动机的功率和效率。

    2．功能描述
    这种不希望见到的燃烧过程被称为爆震，是由于尚未被火焰前端接触到的混合气自燃所产生的结果。正常燃烧和由活塞所产生的压缩将产生压力和温度上升它们可导致尚未点燃的混合器发生自燃。这时，所出现的火焰速度将超过2000m/s，而正常燃烧时，该速度仅为约30rn/s。
    爆震的原因可能是：燃油等级不良（ROZ/MOZ） 、汽缸进气高、进气温度和发动机温度过高、压缩比过高（例如沉积）。
    在较长时间持续爆震时，压力波和热负荷可能在汽缸盖密封件上、活塞上和气门区域内引起机械损坏。爆震燃烧的特征性震动可通过爆震传感器被接收，转换为电信号，并被输送到发动机控制系统。在发动机控制系统中，将对这些信号进行处理，以使它们与相应的汽缸进行对应。
    3．结构及内部连接
    信号的转换通过一块压电陶瓷片进行。通过压力，在陶瓷内部产生电荷移动，从而产生电压。该电压通过接触片被获取，如图4所示。

    4．特性线及标准值
    爆震传感器在最高约20kHz的频率范围内显示出线性特征，传感器自身的谐振频率出现在一个高得多的频率下（> 30kHz）。通常出现的发动机爆震声在大约7kHz的频率范围内变动。
    5．诊断提示—部件失灵
    在曲轴传感器失效时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元中记录故障代码；利用替代值进行应急运行（减小点火提前角）。

来源:网络