新能源汽车发动机电控系统中的爆燃传感器类型及原理

电控发动机系统中已广泛应用了点火时刻闭环控制的方法，有效地抑制了发动机爆燃现象的发生。爆燃传感器是这一控制系统中必不可少的重要部件，它的功用是检测发动机有无爆燃现象，并将信号送入发动机计算机（ECU）。

发动机爆燃的检测方法有以下三种：①气缸压力；②发动机机体振动；③燃烧噪声等。根据气缸压力的检测法，其精度最佳，但存在着传感器耐久性差和难以安装的问题。根据燃烧噪声的检测法，由于是非接触式的，其耐久性很好，但精度和灵敏度偏低。目前，最常用的检测方法是采用发动机机体振动的方法。

采用发动机机体振动检测法的爆燃传感器有磁致伸缩式和压电式两种类型，压电式可分共振型和非共振型的结构，共振型又可分为窄幅和宽幅共振电压式传感器。

振动检出型爆燃传感器安装在发动机上，旨在将发动机振动频率转换成电压信号，以检测爆燃强度。当发动机发生设定的爆燃强度时，爆燃传感器输出最大的电压信号，用以表示发动机由于爆燃而产生使机体异常振动的频率。

1.磁致伸缩式爆燃传感器

磁致伸缩式爆燃传感器是应用最早的爆燃传感器，现已被淘汰。

2.非共振型压电式爆燃传感器

非共振型压电式爆燃传感器是以接收加速度信号的形式来判别爆燃是否产生的。它由两个压电元件同极性相向对接，配重将加速度变换成作用于压电元件上的压力，所用的配重由一根螺丝固定于壳体上，输出电压由这两个压电元件的中央取出，构造简单，制造时无须调整。

例如，某压电式的爆燃传感器产品特性：频响范围为3～18 kHz；25℃电容在1 480～2 220 pF（1 000 Hz）；25℃电阻在1 MΩ以上。发动机振动时，安装在发动机缸体上的爆燃传感器内部配重因受振动的影响而产生加速度，因此，在压电元件上就会受到加速时惯性力的作用而产生电压信号。在爆燃发生时的频率及其附近，此种传感器产生的输出电压不会很大，不像磁致伸缩式爆燃传感器在爆燃频率附近产生一个较高的输出电压，用以判断爆燃的产生，而是具有扁平的输出特性，有时被称为扁平爆燃传感器。图2－14所示为非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系。

图2－14　非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系(www.xing528.com)

因此，必须将反映发动机振动频率的输出电压信号送至识别爆燃的滤波器中，判别是否有爆燃信号产生。传感器的感测频率范围设计成零至数十千赫兹，可检测具有很宽频带的发动机振动频率。用于不同的发动机上时，只需将滤波器的过滤频率调整即可使用，而无须更换传感器，此为非共振型压电式爆燃传感器的突出优点。

3.窄幅共振型压电式爆燃传感器

窄幅共振型压电式爆燃传感器是利用产生爆燃时的发动机振动频率，与传感器本身的固有频率相符合，而产生共振现象，用以检测爆燃是否发生。该传感器在爆燃时的输出电压比非共振（无爆燃）时的输出电压高得多，因此无须使用滤波器即可判别有无爆燃产生。

共振型压电式爆燃传感器的结构为压电元件紧密地贴合在振荡片上，振荡片则固定在传感器的基座上。振荡片随发动机振动而振荡，波及压电元件，使其变形而产生电压信号。当发动机爆燃时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号，如图2－15所示。

图2－15　共振型压电式爆燃传感器频幅特性

4.宽幅共振电压式传感器

现在采用最多的是宽幅共振电压式传感器，其输出特性如图2－16所示。

图2－16　宽幅共振电压式爆燃传感器的频幅特性

虽然其输出的峰值电压较低，但可在较大的振荡频率范围内检测共振电压。当发动机发生轻微爆燃时，此传感器即可输出较大的电压信号，使计算机及早检测到发动机爆燃的产生。由于宽幅共振式爆燃传感器具有感测频率范围较广的优点，因此适用于检测随发动机转速变化而产生不同爆燃频率及不同发动机所具有的不同的爆燃频率。