雷克薩斯車系爆震控制基理介紹

◆文/江蘇 田銳

一、系統(tǒng)說明

所謂爆震是指，燃燒室內(nèi)的混合氣體通過碳等熱源引起自身著火并發(fā)生爆裂燃燒的現(xiàn)象，并從發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)出 “吱啦吱啦、啪哩啪哩、卡哩卡哩” 的異常聲音。點(diǎn)火時(shí)間的提前程度越大越容易發(fā)生爆震，過度的爆震(卡哩卡哩)，會(huì)同時(shí)使燃油經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出惡化，同時(shí)會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響，最壞時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣門、活塞、火花塞等的熔損，然而，爆震僅會(huì)在爆震發(fā)生臨界點(diǎn)出現(xiàn)，在該臨界點(diǎn)附近的點(diǎn)火時(shí)間可以有效提升燃油經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出(圖1)。因此，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間，應(yīng)該設(shè)置在爆震發(fā)生臨界點(diǎn)附近，但是在現(xiàn)實(shí)中根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件、使用燃油以及經(jīng)時(shí)變化等，爆震發(fā)生臨界點(diǎn)會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)而異。為了控制為最適合運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的點(diǎn)火時(shí)間，爆震控制通過汽缸體上安裝的爆震傳感器檢測爆震狀況，并通過延遲控制點(diǎn)火時(shí)間，將點(diǎn)火時(shí)間控制在極其接近爆震發(fā)生臨界點(diǎn)的水平，如圖1、圖2、圖3所示。

二、系統(tǒng)零部件構(gòu)成

爆震傳感器有“共振型爆震傳感器”與“平板型爆震傳感器”2種。

1.共振型爆震傳感器

共振型爆震傳感器是傳統(tǒng)型的傳感器，其構(gòu)造是汽缸體發(fā)出的震動(dòng)經(jīng)由振動(dòng)板將壓力施壓于壓電陶瓷。振動(dòng)板的特性是在一定的頻率下發(fā)生共振，將該共振點(diǎn)設(shè)定為與爆震發(fā)生頻率一致。(例：7kHz)如果發(fā)生爆震，振動(dòng)板就發(fā)生共振，同時(shí)將壓力施加于壓電陶瓷，并產(chǎn)生電壓(爆震信號(hào))。但是在共振特性方面，發(fā)生與爆震類似的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音時(shí)，有時(shí)不能正確檢測出爆震，如圖4所示。

2.平板型爆震傳感器

汽缸體發(fā)出的振動(dòng)，經(jīng)由壓電陶瓷作用于秤錘。秤錘由于慣性力在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生延遲，因此向汽缸體與秤錘之間設(shè)置的壓電陶瓷施加壓力，就會(huì)產(chǎn)生電壓。與共振型爆震傳感器不同，平板型爆震傳感器在所有的頻率波段中都能獲取一定的輸出特性，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能夠檢測出目標(biāo)爆震頻率，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更加正確的爆震檢測，如圖5所示。

三、控制方法

1.爆震的判定

除爆震之外，發(fā)動(dòng)機(jī)還有噴油器動(dòng)作聲音及氣門開關(guān)聲音等、與爆震相似的各種振動(dòng)噪音，而且，VVT-i發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的開關(guān)時(shí)間(氣門入位噪音)也會(huì)發(fā)生變化。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU為了能夠只檢測爆震振動(dòng)，針對各汽缸設(shè)定了爆震判定區(qū)間，對每個(gè)汽缸進(jìn)行爆震檢測。檢測出的爆震信號(hào)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU上設(shè)定的 “爆震判定值” 將爆震強(qiáng)度判定為3個(gè)階段(無、小、大)，如圖6所示。

2.爆震延遲角補(bǔ)正

實(shí)施前述的爆震強(qiáng)度判定，作為爆震延遲角補(bǔ)正對點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行延遲或提前控制(圖7)。判定為爆震時(shí)，對點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行一定量的延遲。此外，爆震強(qiáng)度越強(qiáng)延遲量越多。(反映到所有汽缸)持續(xù)一定時(shí)間無法檢出爆震狀態(tài)的情況下，將點(diǎn)火時(shí)間補(bǔ)正至提前側(cè)。繼續(xù)實(shí)施上述控制，即可將點(diǎn)火時(shí)間控制在爆震臨界點(diǎn)(最佳點(diǎn)火時(shí)間)。爆震延遲角補(bǔ)正的控制狀態(tài)，可通過由GTS診斷儀能夠確認(rèn)的“爆震控制值”與 “爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值”進(jìn)行掌握。

爆震控制值以-3.0℃A為基準(zhǔn)，根據(jù)爆震的強(qiáng)度與發(fā)生頻率按照下述方法計(jì)算出。如表1所示。

爆震控制值的計(jì)算示例(約每0.5s更新)，如表2所示。

為了補(bǔ)正因使用燃油的辛烷值及車輛使用條件變化而產(chǎn)生的爆震臨界差，根據(jù)過濾值計(jì)算出爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值，該過濾值是根據(jù)爆震強(qiáng)度與頻率而設(shè)定的 “爆震控制值”的過濾值。初始值因車種而異，但大體上均約為20℃A水平，如表3所示。

爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值的計(jì)算示例(約每0.5s更新)，如表4所示。

爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)范圍，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍分為3個(gè)范圍，如圖8所示。

點(diǎn)火時(shí)間、爆震控制值以及爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值的關(guān)系，如圖9所示。

爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值由17℃A開始時(shí)，如圖10所示。

3.最大提前值與最大延遲值

為了防止因各種提前角補(bǔ)正導(dǎo)致點(diǎn)火時(shí)間出現(xiàn)異常提前或異常延遲，規(guī)定了最大提前值與最大延遲值。最大提前值設(shè)定于該發(fā)動(dòng)機(jī)可發(fā)揮最高性能時(shí)的點(diǎn)火時(shí)間。(如果過度提前，就會(huì)發(fā)生爆震，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出下降、燃油經(jīng)濟(jì)性降低。)最大延遲值雖然不能使發(fā)動(dòng)機(jī)性能(輸出、油耗)得到充分發(fā)揮，但這種設(shè)定下不會(huì)發(fā)生爆震、是安全的點(diǎn)火時(shí)間。

4.切換爆震檢測過濾頻率(僅限平板型爆震傳感器)

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，爆震頻率也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。在采用了平板型爆震傳感器的系統(tǒng)中，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)將爆震檢測過濾器頻率(爆震檢測頻率特性)轉(zhuǎn)換為3個(gè)階段(例：5.8kHz、7kHz、11.7kHz)，以便在任何運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)都能檢測出適當(dāng)?shù)谋饛?qiáng)度，如圖11所示。

四、 GTS診斷儀關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

ECU數(shù)據(jù)，如表5所示。

五、GTS診斷儀的具體應(yīng)用

掌握爆震異常時(shí)的發(fā)生狀況：

在爆震發(fā)生時(shí)確認(rèn)ECU數(shù)據(jù)，根據(jù)ECU數(shù)據(jù)內(nèi)容按照以下方法推測發(fā)生狀況。同樣重要的是，在同樣的條件(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)下通過與同類型對比車輛比較點(diǎn)火時(shí)間等手段，判斷爆震是否能在當(dāng)時(shí)立刻修好，如圖12、13所示。

即使無法監(jiān)視 “爆震控制值” 與 “爆震補(bǔ)正學(xué)習(xí)值”的車輛，也可以在相同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)與相同車型比較點(diǎn)火時(shí)間(最終點(diǎn)火時(shí)間)，據(jù)此即可判斷爆震控制狀態(tài)，(將點(diǎn)火時(shí)間的不同判斷為爆震控制的不同)。

六、實(shí)踐“爆震控制”

嘗試確認(rèn)最大延遲值：卸下爆震傳感器的連接器，輸入診斷代碼，在D擋失速狀態(tài)下確認(rèn)最大延遲值。對在故障狀態(tài)下行駛、點(diǎn)火時(shí)間延遲時(shí)的加速狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。如圖14所示。

由于液力變矩器的熱保護(hù)作用，嚴(yán)禁進(jìn)行5s以上或連續(xù)的失速檢查(在GTS中，請確認(rèn)ATF油溫的同時(shí)進(jìn)行檢查。)