汽油发动机产生爆震的原因、危害与预防-毕业论文.doc

湖 南 涉 外 经 济 学 院

本科毕业论文（设计）

题 目
汽油发动机产生爆震的原因、危害与预防
作者
张梅
学院
机械工程学院
专业
汽车服务工程1001班
学号
104323241104350
指导教师
杨震宇

二〇一四 年 五 月 十 日

湖南涉外经济学院本科毕业论文（设计）诚信声明

本人声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：
二○一四 年 五 月 十 日

摘 要
在汽车使用过程中，爆震是发动机故障中最为显而易见的问题，影响了发动机的运行状况，降低了汽车的安全性、可靠性和经济性。它是汽油发动机特有的一种非正常的燃烧现象,表现为发动机异常抖动和响动。本文首先介绍了何谓发动机爆震，其特点、主要表现以及爆震所产生的危害，接下来着重分析了发动机产生爆震的原因，主要从燃料、空燃比、点火提前角、发动机温度、驾驶习惯等方面入手；另外对爆震传感器的结构和工作原理进行了剖析研究，通过对两种不同的传感器的比较来阐述爆震传感器对于防止汽车爆震的重要意义。在对爆震进行一系列的研究和探讨之后，在此基础上找出爆震产生的防治方法，以便解决由爆震带来的种种不良危害。
关键词：汽油发动机、爆震、原因、危害、预防

ABSTRACT
In the process of car use, detonation is the most obvious question in engine failure, affected the operation condition of the engine, reducing the car's safety, reliability and economy.It is a kind of abnormal combustion characteristic of the gasoline engine, the performance of the engine abnormal jitter and noise.This paper first introduces what is the engine detonation, and its characteristics, main performance and the detonation of the harm, then this paper analyzes the causes of detonation engine, mainly from the fuel, air-fuel ratio, ignition advance Angle, engine temperature, driving habits and other aspects;In addition to the knock sensor, analyzes the structure and working principle of research by comparing two different sensors to prevent car knock knock sensor is described in this paper the important meaning. On detonation, after a series of research and discussion on the basis of the find out the detonation of prevention and cure, in order to solve all sorts of bad harm caused by the detonation.
Keywords: gasoline engine, detonation, cause, harm and prevention

目 录
诚信申明 I
摘 要 II
ABSTRACT III
第一章 前 言 1
第二章 发动机爆震的解析 2
2.1爆震的含义 2
2.2爆震的现象及特点 2
2.3爆震的危害 3
第三章 发动机产生爆震的原因及故障诊断 4
3.1发动机产生爆震的原因 4
3.2发动机爆震的检测方法 6
3.3发动机爆震的故障诊断 7
3.3.1 2002款别克君威发动机故障灯亮 7
3.3.2 景程轿车发动机故障指示灯异常闪亮 8
第四章 爆震传感器结构与工作原理 9
4.1爆震传感器的定义 9
4.2爆震传感器分类 9
4.3爆震传感器的波形分析 11
4.4爆震传感器的检测 12
4.5爆震传感器的故障诊断 13
4.5.1一辆捷达王轿车的爆震传感器损坏 13
第五章 防止爆震产生的具体措施 14
结 论 16
参考文献 17
致 谢 18

第一章 前 言
由于汽车发动机在使用时间、手动操作、维修质量以及外部自然环境上受到一定的影响后，其各机构、系统中都会出现不同程度的磨损、松动、老化等，而发动机爆震就是一个较为常见的问题，它是汽油发动机特有的一种不正常燃烧的现象，也是制约该机械动力性和经济性能改善的最大障碍。[1,2]针对能源日益紧缺的问题和对汽车各性能要求的提高，尤其是汽车舒适性，各国发动机研究的专业人才集中精力在此课题上，希望能研究出防止爆震更为有利的措施，使未来汽车在可靠性、安全性、舒适性等方面有更高、更精的突破。尽管我国汽车行业在电控技术方面起步晚，但是其发展速度却是无比的迅速，属于超常发展阶段。
爆震，在许多国外的文献资料中都称为敲缸。在目前对此的研究上主要有两个需要突破的方向，也就是爆震的机理，爆震的测量。这是解决发动机爆震最根本的切入点，只有了解分析透彻相关的一系列问题，才能找到切实可用的方法，才能提高发动机使用寿命，提高车辆的动力性和经济性，降低环境污染。
就目前的实力和现状而言，对于爆震的防治采用爆震传感器是最有效，最实用，最简便的方法。发动机工作时因点火时间提前过度(点火提前角)、发动机的负荷、温度及燃料的质量等影响，会引起发动机爆震。发生爆震时，混合气在活塞运动还未到达上止点前便燃烧了，燃烧较弱时会影响发动机功率并发出噪音，严重时会导致发动机的内部组件损坏。在目前的技术应用下，爆震的防治措施中一个必不可少的重要部件即是爆震传感器，它能借助电子控制系统去控制和调整点火提前时间。
本文通过借鉴研究前人的一些经验成果，在阅读相关书籍资料的前提下，通过实验来检测发动机的爆震，并了解发动机爆震传感器的结构及原理，找出产生爆震的原因和产生后的危害，最后找到防止爆震的方法。汽车在使用一定时间或已有一定程度的损伤之后便会产生震动和金属敲击声，这是由发动机表面点火和爆震所引起，它降低了发动机功率和使用经济性。只有不断地开发新技术、采用高水平的操作方法，同时结合各项具有针对性的技术措施，才能有效缓减和避免发动机表面点火和爆燃现象。[3]

第二章 发动机爆震的解析
2.1 爆震的含义
不管是汽油机还是柴油机,都是通过吸气-压缩-做功-排气的工作原理来实现发动机的循环往复运转。发动机在吸入油气混合物之后，活塞在压缩行程中还未到达指定的点火位置，一些突发或顾及不到的因素却导致燃气混合物自行点火燃烧，在较为剧烈时，燃气混合物在瞬时被点燃，气体来不及向周围扩散，使得燃烧室内局部温度升高，压力急剧上升，冲击波冲撞着燃烧室壁，并在气缸壁面交错反射和反复冲击，造成剧烈振动并产生高频噪声，发出刺耳的金属敲击声，这种现象称为爆震。[4]
爆震（knocking）的技术名词为爆燃，俗称敲缸，是点燃式发动机中混合气体自行燃烧而不遵循正常的火焰传播过程，从而导致燃烧过程偏离理论路线，发动机发出高频率的金属敲击声和震动。
2.2 爆震的现象及特点
发动机在一种不正常燃烧下所表现出来的工作状态就是所谓的发动机爆震，指发动机未按正常的点火条件而产生的间断性的震动，车内的人可明显的感觉到发动机异常响动和抖动。
主要表现如下：（1）发动机运行时气缸内伴随着不规则的金属敲击声，活塞、汽缸盖、气门、汽缸体等零件受到不同程度的冲击，零件长期处在爆震环境下工作，其使用寿命会大大降低；（2）发动机工作不稳定，行驶时车身抖动剧烈；（3）发动机燃料燃烧不充分，汽车尾气中有油雾，CO量成倍上升，对大气环境造成很大的破坏；（4）发动机汽缸盖温度上升，受燃烧恶化的影响，传热受阻，冷却系统温度明显增高，导致发动机过热；（5）发动机功率下降，行驶中的车辆出现行驶无力现象；（6）发动机冷却系统温度较高，散热差；（7）发动机燃油消耗率增大。爆震又分为有感爆震和无感爆震两种，有感爆震通常会引起发动机抖动、甚至车身也明显地发生抖动，无感爆震主要表现是发动机噪声加大。
爆震的特点是在没有火花塞参与的情况下，油气混合气在火花塞点火之后依旧可被点燃或自行燃烧，大致以两种形式表达出来即表面点火和爆燃。表面点火是火花塞点火前的自燃，而爆燃一般是由表面点火所引起，当火焰不断扩张时，气缸内一些未点燃的气体受高温高压的影响，迅速点燃并向四周扩散开来，产生较大能量的冲击力敲打着活塞和气缸，随后与前方正常燃烧的火焰冲撞在一起，因而就会发出敲缸声和震动。严重爆燃时，发动机的损耗是正常运转时的三十倍之多。
2.3 爆震的危害
1、爆震会造成发动机运行状况变差，导致发动机的功率下降、油耗增加，这是由于燃烧过程未遵循设计方式，使得发动机效率降低。发动机产生爆震时，部分区域形成高温高压状态，冲击波在挤压零件使其变形和自身反复震动的过程中会消耗一部分能量。燃料进行燃烧反应时需要损耗一些能量，这些能量也无法回放利用。另外，在向冷却系统传递的热量增多的情况下，做功的热量就会逐渐减少，因而，爆震产生时功率下降，油耗上升。
2、爆燃时，压力升高速度和最大压力值显著增加，零件不断受气压的冲击，冲击力度过大时会造成零件的损坏，使得发动机机械负荷增大。
3、发动机爆震会导致车身振动和噪音污染，尤其是振动，会严重影响车辆行驶的稳定性，怠速时发动机急剧抖动，使得车身舒适性大大下降。
4、爆震时可燃混合气会释放出巨大的能量，从而产生冲击力较大的压力波，这些压力波在狭窄的气缸空间内四处传播、反复反射，会破坏附着在气缸壁表面的油膜，使气体温度更容易通过汽缸壁传播出去，散热损失过大造成机械效率下降，甚至会造成活塞磨损加重、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘体破坏，润滑油氧化成胶质，活塞环卡死在环槽内等故障。[5]
除此之外，气缸内的异常燃烧可能引起微小碳颗粒的出现，一部分进入排气管，随尾气一道排除，污染环境，车内外都能闻到刺鼻的汽油怪味，对环境污染相当严重，除此之外对于驾驶员本人和乘客的身体健康都有极大的损伤；另一部分则停留在气缸内，这又可能导致发动机的另一种不正常燃烧即表面点火。

第三章 发动机产生爆震的原因及故障诊断
3.1 发动机产生爆震的原因
3.1.1 点火提前角过大

图3-1 爆燃反馈控制的点火提前角
1、爆燃范围 2、爆燃控制余量 3、无爆燃控制时点火时刻
4、有爆燃控制时点火时刻 MBT、最大扭矩时的点火时刻
发动机产生爆震最关键的原因是点火提前角过大。活塞一般会在还未到达上止点时便提前点火，这是为了方便活塞在压缩上止点结束后，一进入动力冲程就能立即获得动力。[6]在电控点火系统中，爆燃传感器将产生的信号传给电控单元，随后ECU对点火提前角进行反馈控制，使发动机处于爆燃的边缘工作，发动机工作在微爆震状态时，发动机的热效率最高，其动力性、经济性及排放性都要好，因而可以适当的增加点火提前角。然而点火提前角越大，缸压升高越大，燃烧的最大压力也越大，因而末端混合气燃烧前受到极大地挤压，温度迅速提高，使混合气燃烧时间减少，就越容易引发爆震。
3.1.2 辛烷值过低，油质不好
辛烷值是燃油抗爆震的指标，汽油的抗爆性能随辛烷值的增大而变好。发动机的压缩比高，那么它燃烧室的压力也较高，其气缸压缩终了时的温度通常高于正常温度80-110℃，当进入气缸燃烧室的混合气吸收过度的热量，那么燃烧室内的混合气会出现分子凝聚现象，在分子吸收大量热量并处于高压下，在达到它的燃点时，此时若燃烧室内存有积炭或局部恰有热点出现，吸收足够热量的汽油分子便会自行燃烧起来，或在火花塞还未点火之前就自行燃烧，即所谓的自燃、预燃，若是使用抗爆性低的燃油，则容易发生爆震。另外，燃油中所含有的一些容易助燃的物理杂质和化学杂质，像芳香烃类等,也会在发动机压缩过程中引起自燃，因此所有的车辆只要使用的油质不好，都会出现爆震问题。
3.1.3 空燃比不正确
油气混合气过稀， 会使得气缸内混合气体不充分燃烧，燃烧时间过长，甚至在排气冲程时还在燃烧，因而升高了温度，汽缸边缘的空气受热受压点燃不该燃烧的油气混合气，形成新的点火点，造成汽缸壁冲击的敲击声。
3.1.4 发动机温度过高
发动机太热可能是由以下原因所引起：
1、冷却系统故障 发动机在运行过程中，冷却液逐步蒸发消耗掉，当冷却液低于一定量的时候，就不能对发动机较好的冷却，从而导致发动机过热。当散热器内的水垢较多时，就阻碍了气缸内燃烧产生的热量及时传递出去，同时水垢的积聚还阻碍了水的流动，导致发动机温度过高。发动机水泵起到把冷却水强制进行循环的作用，将发动机内的热水进行大循环通过散热器散热，之后回到水腔中。当发动机内的热量因水泵性能下降而无法传出去时，就会造成发动机过热。节温器失效，散热器或管路漏水或部分堵塞都会导致发动机过热。
2、燃料系统故障 混合气过稀会减慢燃烧速率，延长燃烧过程，增加补燃量，升高排气温度，相对冷却表面也会增加，而混合气过浓会使燃烧不充分，燃烧最高温度上升，燃烧时间延长，相对传热面积增加、传热损失增加，从而都会导致发动机过热。当进气歧管、排气孔被堵塞时，新鲜空气不能正常进入气缸，废气排放不畅，缸内热量无法释放出去，因而造成过热。燃烧室积碳过多，气缸盖衬垫的损坏都会引起发动机过热。
3、点火系统出现故障 点火时间过迟，在上止点后并且离上止点较远的地方会产生燃烧最高压力点，相应燃烧高温时的传热表面增加，排气温度会升高，补燃期也会延长，那么向缸壁方向传热过程中的热损失也会增加，使发动机温度过高。点火时间过早，会使气缸内产生剧烈的爆燃，由于爆震发生在燃料燃烧的速燃期，缸内压力波会破坏缸壁表面的层流边界层，因而大大增加了向气缸壁的传热量，导致发动机过热。断电器触点间隙太大或太小，还没有条件形成火花或火花强度很弱，因而导致燃油无法尽快燃烧，聚集在气缸内形成积碳，散热不良，也会造成发动机过热。使用与发动机搭配不适宜的火花塞或分电器点火调节装置失效等也会造成发动机过热。
4、润滑系统出现故障 发动机机油滤清器被堵塞后，机油由于没有经过滤清，很容易堵塞机油管路，造成润滑不良。同时，机油管路被堵塞，摩擦件产生的热量就无法传递出去，致使发动机温度过高。油滤网不畅通，发动机的润滑油将无法供应充分，那么发动机内的摩擦件就会出现干摩擦，造成发动机过热。油底壳或机油泵漏油使得油底壳内机油不足，机油泵不能有效地把机油压送到各润滑点去，因而影响润滑，也传递不出热量。润滑油的选用不当也会影响润滑和传热效果。
除此之外，曲轴箱通风装置失灵，配气机构和气门间隙故障，制动器有阻力，离合器打滑，轮胎充气严重不足等都会导致发动机过热。
3.1.5不良的驾驶习惯
一些车主为了节省汽油，把转速长期控制在1500转以下行驶，这种驾驶习惯下形成的高档低转速，很容易使气缸产生积碳，进而引起表面点火，从而产生爆震。另外，大负荷时气缸内的温度高而且压力更大，增加了混合气爆燃的倾向，当转速低时，气体流动速度相对减慢，混合气燃烧时的火焰传播是靠气缸内的紊流来传递的。气体流动速度降低，缸内气体运行相对较平稳，紊流减少，火焰传播速度减慢，当温度较高时，混合气就容易在距离火花塞较远处形成新的火焰中心，发生爆燃。另外，在车辆实际运用中，一部分人认为车辆超载能够充分利用汽油发动机的动力，使发动机常处于超载下运行，却不知这样除了车架及底盘因超载易于疲劳损坏外，汽油发动机也因超负荷运行，而容易引发爆震，是动力下降甚至造成机械事故。
3.1.6 废气再循环装置失效
在爆燃的产生因素中废气再循环装置的失效也是一个重要原因。在发动机高速空转（1800-2000r/min）时仍出现爆燃，可能是EGR故障引起的。对于增压发动机，增压压力过高也会引发爆燃（如废气涡轮增压器的废气旁通阀总处于关闭状态，将使增压压力过高）。[7]
3.1.7 发动机积碳严重
车辆使用较长一段时间后，发动机气缸内就可能会产生积碳，尤其是当汽油无法充分燃烧时，其中的碳原子和氧原子不能完全转化为CO2和 CO，部分碳原子粘附在气缸壁上形成厚厚的积碳。发动机积碳会影响热量的传递，使气缸内的终燃混合气温度不断提升，积碳本身在燃烧室中占据一定的体积，因而使得压缩比增大，从而容易引起表面点火，另外，碳是易燃物，在气缸内这样高温高压的环境下，更容易燃烧，对爆震有助燃的效果，从而更容易引发爆震。
3.2 发动机爆震的检测方法
爆震的检测原理是：爆震传感器把爆震信号转换成电信号输入电子控制单元，电控单元对这些信号进行系统的分析处理，判定爆震强度的强弱后，由CPU进行适时调整，实现对爆震的控制。[8]
检测发动机爆震的方法有三种：检测发动机燃烧室压力变化；检测发动机缸体振动频率；检测混合气燃烧噪声。
由于检测燃烧室压力变化所采集的信号是爆震时气缸内的直接信号，因而测量精度较高，但传感器安装困难，且耐久性较差，一般用于测量仪器，实际应用的压力检测传感器均为间接检测式。
汽油发动机发生爆震时，在气缸内将产生巨大的压力冲击波冲击气缸壁和气缸盖，从而使得发动机急剧振动，因此可以通过检测缸体或缸盖振动来检测是否产生爆震。用这种方法来检测爆震的主要优点是传感器安装简单方便、测量精度高且准确、输出电压较高且成本低。
混合气燃烧噪声检测法是用压力传感器检测噪声的频率，配以相应的信号滤波系统和信号识别系统，在噪声仪测得的信号中，通过在频率范围内声级的大小来判定爆震的强弱。[8]该种方法为非接触式检测，其使用寿命长，成本低，但测量精度和灵敏度较差，实际应用较少。
3.3发动机爆震的故障诊断
3.3.1 2002年款别克君威发动机故障灯亮
1、故障现象
2002年款别克君威2.5L轿车，该车已行驶了11.5万km，行驶中发动机故障灯点亮用TECH2诊断仪检测发动机控制系系统故障码为P0401[废气再循环（EGR）流量不足]。将故障码清除后，试车超过70km后，发动机故障灯再次点亮，故障码依旧。
2、故障分析与维修思路
别克君威车型的废气再循环阀为5线，即2根线为电磁阀，另外3根线为EGR位置传感器。动力控制模块（PCM）通过EGR位置传感器的输入信号来判断EGR电磁阀是否正常工作。在监视进气歧管绝对压力按比例增加。如果未检测到进气歧管绝对压力按预计增加，动力控制模块记录流量差量并增大内部故障计数器计数。当故障计数器的计数超过故障限度时，动力控制模块设置故障码P0401.完成本测试所需的测试样本取决于检测到的流量差量。动力控制模块通常只允许在一个点火周期内采集一个废气再循环流量样本。为帮助进行诊断，动力控制模块允许在故障诊断仪信息清除或蓄电池断开之后第一个点火循环中取12个测试样本。9-12个样本即可使动力控制模块确定废气再循环的流量并且顺利通过该项测试。
根据以上信息，在废气再循环测试中动力控制模块起到对进气歧管绝对压力的一个记录作用，指示废气再循环流量不足。因此，先检查进气歧管绝对压力传感器信号，从诊断仪上读取数据流在正常范围内。经过分析，引起P0401故障码的原因如下：
1、废气再循环阀枢轴、阀门通道和适配器严重积碳或堵塞。
2、排气歧管和进气歧管上的废气再循环进气管路和排气管路因严重积碳、金属材料脱落、电弧焊屑过多或其他损坏而堵塞。
3、废气再循环阀机械部位泄露。
由于发动机转速较为稳定，且测量进气歧管的真空度为60kPa，可确定进气系统不存在漏气。拆卸废气再循环阀，从外观上检查其枢轴、阀门通道无卡滞或堵塞现象。拆下节气门体，发现EGR阀到节气门的管道被积碳和油泥堵塞。原来，故障原因就在于此。将管道清理干净后，在次试车，故障灯不再点亮。[9]
3.3.2 景程轿车发动机故障指示灯异常点亮
1、故障现象
一辆2007年款2.0L雪佛兰新景程轿车，行驶了2.3万km，客户反映发动机故障灯有时会异常点亮。
2、检查分析
查看发动机系统数据流，发现1号氧传感器（上有氧传感器）的信号数据波动幅度小，在100-150mV缓慢波动，有时还不动（正常应该在0-900mV不停地变化），即1号氧传感器输出信号电压不正常。检查该传感器导线插接器，未发现异常，初步判断1号氧传感器有故障。更换1号氧传感器后，其信号数据依然不正常。说明问题不在该氧传感器上。
因之前调取的故障码为P0171表示燃油调整系统过稀，接着检查节气门和进气歧管是否有漏气现象。用化油器清洗剂对节气门和进气歧管部位进行测试，当喷到节气门垫位置时，发现氧传感器信号数值有明显变化，判定节气门垫处泄漏，于是将节气门体拆下，检查节气门垫，无异常。装车后试车，氧传感器信号数值还是不正常。
在拆装节气门体时，发现进气歧管里有较多的液体物质和积碳。检查进气歧管绝对压力（MAP）传感器的数据，不开空调时为28kPa，开空调时为36 kPa，不着机的情况下才98 kPa，正常情况下，不开空调时为32 kPa，开空调时为45 kPa，不着机时为102 kPa（即大气压力）。拆下进气歧管绝对压力传感器，发现传感器通气口被赃物和积碳堵塞，清洁传感器及进气歧管后试车，并用TECH2查看发动机系统数据，数据流显示正常。
询问客户得知，该车是在非正规加油站加了93号汽油后才出现上述现象的。于是征得客户同意后清洗了燃油系统，倒出剩余的汽油后清洗了邮箱，然后加注正规加油站的燃油后试车，该车运行正常。几天后回访客户，发动机故障指示灯一直未点亮，上述故障排除。

第四章 爆震传感器的结构与工作原理
4.1 爆震传感器的定义
爆震传感器是借助加速度传感器来检测发动机的加速变化情况，也就是震动。爆震传感器向电脑提供爆震信号，使得电脑能重新调整点火正时以阻止爆震进一步发生。爆震这种作用实际上是在点火正时反馈控制循环中充当了一个“氧传感器”角色。爆震传感器是交流信号发生器，却与大部分汽车交流传感器大相径庭，除了像磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器一样探测转轴的速度和位置，它们也探测振动或机械压力。与定子和磁阻器不同，它们通常是压电装置。并且其组成材料也是能感知机械压力或振动(例如发动机起爆震时能产生交流电压)的。
发动机机体或汽缸的不同位置都设有爆震传感器。采用爆震传感器的目的是为了在提高发动机的动力性能的同时不产生爆震，其工作原理是：当气缸出现振动且振动传递到传感器时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件受到压力产生变化，从而产生电压，ECU检测出该电压，并根据其值的大小判断爆震强度。爆震传感器检测范围通常设计成能测量5-15khz。当测得发动机爆震时，则自动调节点火正时，将点火提前角延后至不会引起爆震的时刻，等到发动机停止爆震时，再缓慢的将点火提前角回正。在调试爆震传感器时，会把爆震的震动模式写入ECU中，一旦爆震传感器侦测出该震动模式，ECU则判定发动机爆震，随即延后点火提前角，[6]爆震传感器通常十分耐用。所以传感器只会因自身线路或发动机确实存在故障而损坏。
4.2 爆震传感器分类
爆震传感器也有多种类型。常见的按结构不同可分为压电式和磁致伸缩式两大类。其中压电式共振型传感器应用最多，它一般安装在发动机机体上部，利用压电效应把爆震时产生的机械振动转变为信号电压。按检测方式不同可分为共振型与非共振型两种。
4.2.1 共振型与非共振型爆震传感器的特点
共振型爆震传感器的显著特点是：传感器的共振频率与发动机爆震的固有频率相匹配，因此其内部设有共振体，并且要使共振体的共振频率与爆震频率协调一致。其优点是输出电压高，不需要进行过滤，因此信号处理更方便简单。然而，共振型爆震传感器在一般的发动机的应用中无法展示其性能，只适用于特定的发动机，不能与其他发动机互换使用，装车自由度很小。非共振型爆震传感器的突出优点是：适用于所有的发动机，装车自由度很大。但其输出电压相对较低，需要搭配使用带通滤波器，信号处理相对复杂。
4.2.2 压电式爆燃传感器
1、结构：压电式爆震传感器主要由套筒底座、压电元件、平衡重、塑料壳体和接线插座等组成，结构如图所示。

图4-1 压电式爆震传感器的结构
a 传感器外形 b 内部结构
1、套筒底座 2、绝缘垫圈 3、压电元件 4、惯性配重 5、塑料壳体 6、固定螺栓 7、接线插座 8、电极
2、 工作原理：当发动机缸体产生振动时， 安装在缸体上的爆燃传感器内部套筒底座和配重随之产生振动，套筒底座和平衡重的振动作用在压电元件上，由压电效应可知，与振动频率和振动强度有关的交变电压信号就会通过压电元件的信号输出端输出。该传感器结构较为简单，制造简便。在发动机爆燃发生时，由于这种传感器输出的电压不大，具有平缓的输出特性。因此，需要将反映发动机振动频率的输出电压信号送到识别爆燃的滤波器中，通过滤波处理后便可判别是否有爆燃产生的信号及其强度。 [10]

图4-2 爆震传感器输出信号的对应关系

图4-3 非共振型压电式爆震传感器输出频压特性
4.2.3 磁致伸缩式爆燃传感器
1、结构：磁致式爆震传感器主要由感应线圈、伸缩杆、永久磁铁和壳体组成。其外形结构与发动机润滑油压力传感器相似，不同之处在于旋入发动机缸体部分爆震传感器为实心结构，油压力传感器则设置有进油孔。[11]

图4-4 磁致伸缩式爆震传感器的结构
2、工作原理：该传感器是通过发动机振动的频率与电压信号之间的转换来检测爆燃强度。当发动机的汽缸体发生振动时，外壳和感应线圈绕组随发动机振动，磁铁因弹簧的存在由于惯性而保持不放，这样磁铁和感应线圈间便存在相对运动，由磁感应原理可知，绕组中就会有感应电动势产生。当频率处于大约7kHz时，传感器便会产生共振，传感器感应线圈的感应压力因此会显著增加。[10]
4.3 爆震传感器波形分析
波形的峰值电压和振动频率将随发动机的负载和转速变化而改变，同时也随发动机点火时间、燃烧温度、EGR等是否正常有关。

图4-5 共振型爆震传感器信号波形

图4-6 转速不同时压电式非共振型爆震传感器的输出波形
如图所示，
1、如果对爆震传感器进行随车在线检测，则可以看出波形的峰值电压和频率将随发动机转速的增加而增加。
2、如果发动机由于点火提前、燃烧温度不正常、EGR不正常等产生爆燃或敲击声，其幅度和频率也会增加。
3、爆震传感器是极其耐用的，如果，波形呈现为一条直线，那就必须更换新的爆震传感器。
4.4爆震传感器的检测
4.4.1爆震传感器电阻的检测
点火开关置于“OFF”位置，拔开爆震传感器导线接头，用万用表Ω档检测爆震传感器的接线端子与外壳间的电阻，应为∞（不导通）；若为0Ω（导通）则须更换爆震传感器。
对于磁致伸缩式爆震传感器，还可应用万用表Ω档检测线圈的电阻，其阻值应符合规定值（具体数据见具体车型维修手册），否则更换爆震传感器。
4.4.2爆震传感器输出信号的检查
断开爆震传感器的连接插头，在发动机怠速情况下用万用表检查爆震传感器的接线端子与搭铁间的电压，会有脉冲电压输出。若没有，应更换爆震传感器。
4.5爆震传感器的故障诊断
4.5.1一辆捷达王轿车的爆震传感器损坏
故障现象
这辆捷达王轿车已经行驶60000km,一直未发生过较严重的故障。一次外出从高速公路上返回后感到发动机响，类似于爆震的声音，并且看到电控系统故障指示灯亮。
故障检查
将发动机罩盖打开，猛踩油门检查发动机有无爆震声，发现确实有爆震声。应用电控系统故障诊断仪VAG1551读取故障代码，故障代码为00524，表示爆震传感器故障。拔下传感器插头仔细查看，发现在插头接线处有根电线已断。
故障诊断
通过以上的检查可以断定是由于爆震传感器断线引起无爆震控制信号，询问车主是否在外面加了标号低的燃油，车主讲加过燃油，但不能肯定燃油标号不对。爆震声可能来源于低标号燃油和大油门的双重原因。插头损坏，一般传感器不一定损坏。
故障排除
焊接好插头导线，再试车时爆震声消失。
故障分析
发动机有时发生较轻的爆震声并不一定是坏事，在某些情况下可能由于加了标号低燃油，发动机又全负荷工作，电控系统为不发生爆震推迟点火提前角度，还容易引起发动机过热。[12]

第五章 防止爆震产生的具体措施
5.1 减小点火提前角
目前消除爆震最实用的方法是推迟点火提前角。不同厂牌的发动机都有其最佳的点火特性，选择最适宜的点火提前角，使发动机功率达到最大化同时实现低油耗的目的。过大的点火提前角会使气缸内的温度和压力都增大。调节点火提前角的大小，使其处于最佳位置，能有效控制爆震。调适提前角的同时，要确保转速一定。在油门开度和化油器调整的一定条件下，改变点火角，进行使其由零度变到发动机工作伴有震音为止的调整。[13]若使点火时刻采用闭环控制，对于降低发动机爆震的机率有着极大的作用，并能提高发动机动力性。
5.2 选择油号
采用抗爆性能好的燃料，燃油标号高低的选定随车辆压缩比不同而不同，高压缩比车使用高标号的燃油，因为燃油标号高，燃烧速度慢，燃烧爆震低；反之，发动机低压缩比车，油的燃烧速度快，燃烧爆震大，应使用低标号燃油。如发动机压缩比低于8.5:1，选用90号汽油;发动机压缩比8.6:1~10.0:1，选用93号汽油;发动机压缩比10.1:1~11.5:1，选用97号汽油;发动机压缩比高于11.5:1,选用98号汽油。其次，也要视实际情况而定，特别是经常在行驶在交通拥堵的市区的车辆宁可使用低一级标号的油，这样不仅无害反而有益，可以避免或减少发动机由于低转速和低功耗而产生的积碳，低速动力更好，相反，时速往往能维持在超过70-80的，则要加足发动机压缩比对应的标号，这样可以保证高速的动力极限效果。
5.3 保持冷却系工作正常，及时清除活塞顶、燃烧室积碳，注意散热
发动机内水温较高易造成燃烧室温度较高，增加混合气自燃的可能性，爆震倾向也增大。因此需加强冷却水循环，避免发动机过热，尽可能防止发动机长时间在大负荷下工作。同时，燃烧室积碳过多，会使燃烧室容积减小，压缩比增大，使积碳表面温度较高，容易点燃混合气引起表面点火，从而引发爆震。及时将活塞顶部、燃烧室、气门头部等处积碳清除可降低爆震产生的可能性。
5.4混合气浓度要适当，驾驶员需正确操作及时换挡，平稳起步，避免过早切入高速档；上坡应选择低速档等
当混合气浓度在α=0.8~0.9时，发生爆燃的可能性最大，过浓过稀的混合气对于减少爆震燃烧的发生有一定的帮助。在行驶过程中加大油门可以有效提高供油浓度，一般驾驶员不能恰到好处的采用过稀混合气的方法，可能会致使发动机熄火。
5.5使用合适型号的火花塞
当引擎发生预燃的时候，因为不是依照点火正时而工作，通常又发生在活塞到达上止点之前，因此会造成引擎爆震，此时，引擎处于非正常运作下，热负荷增加，严重时将会发生火花塞或活塞等组件高温熔蚀的现象。而火花塞产生预燃的温度通常在950℃，又常发生在引擎高速运转重负荷工作、或点火正时不恰当时，因此对于火花塞热值选择的要求十分高，通常被选定的火花塞即使是在最重负荷时并且略有点火提前的情况下，都不可以有预燃的现象发生，所以火花塞的热值对于车商而言比火花塞厂牌来着重要多了。

结 论
汽车发动机爆震是汽车常见的故障，发动机处于微爆震时，其动力性和经济性都要达到最佳状态，而强爆震对发动机有极大的损害，会使发动机功率下降，油耗增加，气缸内零部件磨损加剧，发动机过热等，为此，对发动机爆震进行了一系列的研究，通过分析发动机爆震的具体故障事例加深对其的理解，找出相应的解决措施，当感知发动机有爆震的迹象时，应及时检测与排除，以保障车辆能正常运行，并提高车辆的动力性和燃油经济性，减少对空气的污染。

参考文献
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[2] Benson RS,Whitehouse N D,Internal Combustion Engines,Pepgamon press,1979
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[12]黎苏,邢继学,何若天.新型轿车电喷系统结构原理与维修技术[M].北京:化学工业出版社,2004年3月,188页
[13]张咏梅.浅谈汽车发动机爆震的原因、危害及预防措施[J].山东煤炭科技, 2010年第四期

致 谢
本论文在杨震宇老师的悉心指导和严格要求下已告一段落，从课题选择、论文框架到具体写作和反复修改，无不凝聚着杨老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私关怀，我受益匪浅。在此向杨