1. 早燃背景介紹
1.1 早燃的基本概念
增壓發動機能夠在不增加發動機排量的情況下，實現較高的平均有效壓力，這能夠顯著提升車輛的動力性。但所面臨的挑戰是如何降低隨之而來的早燃傾向。由于早燃是在火花塞點火之前混合氣滿足自燃條件所產生的。因此不同于普通爆震，推遲點火角無法抑制早燃的發生。下圖1為不同燃燒類型的缸內壓力信號。
圖1 早燃發生時的缸內燃燒壓力信號
可以看出早燃發生時缸內的壓力在點火時刻之前就開始急劇升高，并在燃燒室內產生強烈的壓力震蕩波。
1.2 早燃的危害
早燃往往會引起超級爆震，產生較強的壓力波，對發動機內各零部件會造成較大的應力沖擊，嚴重時強度較大的連續早燃會使火花塞陶瓷體，活塞及活塞環，排氣門，噴油器等零部件的損害。下圖為典型的發動機零部件由于早燃頻繁導致的失效案例。
圖2 早燃頻次較多對發動機零部件的損害
如果燃燒室內的零部件損壞還可能進一步引起發動機外圍零部件如軸承，連桿等的損壞。因此，應該盡量減少早燃出現的頻次，降低發動機各部件的損害風險。
1.3 早燃產生的機理
早燃產生的機理眾說風云，但被普遍接受的幾種觀點通常有：
機油液滴和沉積物
由曲軸箱通風進入燃燒室的機油顆粒是誘發早燃的一部分原因；燃燒室內的機油沉淀物，一部分會脫離缸蓋或活塞頂，懸浮在燃燒室內。由于其自身熱容較高，且沒有較為理想的散熱條件，在隨后的換氣過程會維持表面相對較高的溫度。這些顆粒物可能會成為前期早燃誘發的源頭。通常機油進入燃燒室的途徑有：（a）非正常的曲軸箱通風系統“竄油”；（b）通過氣門導管滲漏，缸壁刮入。
熱點（燃燒室內的受熱零部件）
發動機在全負荷運行時，燃燒室內的各零部件承受較高的熱負荷，這使得混合氣達到自燃溫度。熱負荷較高的零部件通常為：火花塞，排氣門，活塞，活塞火力案等。
缸內的燃燒動力學
缸內的滯留廢氣和回流廢氣對后續的燃燒有不利的影響，一方面影響充量的壓力和溫度，另一方面這些廢氣中包括一些活性元素，這些活性元素對燃燒動力學有很大影響，使得正常燃燒火焰沒有足夠的時間到燃燒室各處，早燃傾向增加。
1.4 影響早燃傾向的因素
影響早燃傾向的原因有很多，大體可分為：發動機結構，燃油因素和發動機控制。如下圖所示：
圖3 影響早燃傾向的因素
這些影響因素歸根結底，都是產生了對誘發早燃的有利的結果。如：發動機燃燒室的設計會影響缸內熱點的分布（如鼻梁區附近的熱負荷），使缸內熱應力增大；燃油中所含有的不同HC組分，促使缸內形成較多的長碳鏈，這些較為穩定的長碳鏈化合物，無法在燃燒中消除，沉積在燃燒室內會形成熱點。
降低早燃傾向的根本措施和手段往往要從發動機的結構設計優化出發，減少缸內熱點。這需要在發動機前期開發階段就進行設計相關的優化，如：
加裝活塞冷卻噴嘴，降低活塞表面的熱負荷，減少活塞表面形成熱點的可能性；
選型熱值較低的火花塞，增大火花塞自身的散熱，降低火花塞電極間形成熱點的可能性；
采用較高耐熱強度的氣門材料，減少氣門（進，排氣門都有可能）處形成熱點；
優化進氣系統的結構設計，減少進入缸內雜質顆粒物出現，這類顆粒物可能附著在缸內形成炙熱點；
優化中冷器結構，降低發動機進氣溫度；
優化發動機冷卻系統，降低發動機冷卻液溫度。
2. 早燃控制策略
早燃控制正常起作用的情況下，EMS系統實時檢測爆震傳感器的信號，并計算出早燃強度用于早燃識別。系統識別到早燃后，需要通過合理的方式避免后續可能的早燃發生，達到保護發動機的目的。一般識別到早燃后采取的控制方式有：（1）混合氣加濃（2）減小其門重疊角（3）限制負荷（4）斷油。在識別到早燃后的控制策略上不能采取較為激進的方式（如立即斷油等），這會帶來較差的駕駛感受。因此，需要平衡發動機保護和駕駛性，找到合適的控制方式。
2.1 混合氣加濃
系統識別到早燃后，會選擇加濃混合氣，降低缸內溫度，抑制后續早燃出現。通常識別到早燃后加濃混合氣到空燃比為0.75~0.8，混合氣太稀達不到抑制早燃的目的，混合氣太濃油耗會更惡化。偏濃的混合氣持續約10~15s。
2.2 減小氣門重疊角
系統識別到早燃次數超過VVT動作的閥值會觸發VVT往氣門重疊角減小的方向移動，此目的是為了減小缸內殘余廢氣，降低早燃傾向。對于帶掃氣項目，減小其門重疊角也是為了防止催化器溫度升高。VVT在沒有氣門重疊角下持續時間應大于混合氣加濃的持續時間。
2.3 限制缸內最大充量
減小缸內最大充量可以降低缸內溫度，降低早燃傾向。通常設置成與減小氣門重疊角相同的開啟閥值，避免出現壓力超調。負面結果是影響動力性，使加速性能變差。
2.4 斷油控制
當早燃傾向特別嚴重時，加濃混合氣，限制缸內充量都無法有效抑制早燃出現，為了快速保護發動機，需要采取更為緊急的保護方式。即直接對早燃較多的氣缸采取斷油控制。斷油控制對駕駛性的影響最大，因此斷油控制的開啟閥值相對較高。
經過詳細的機理分析，PFI+增壓的發動機上也有可能存在早燃。為更好的控制早燃，一方面各系統控制積極推動在主流本土化PFI平臺上集成早燃控制功能。另一方面系統供應商與主機廠協商溝通對已批產和正在開發的發動機進行早燃相關驗證來滿足更加嚴苛的法規要求。
