論發(fā)動(dòng)機(jī)爆震及爆震控制模塊的組成

肖凌翔，楊守財(cái)

（哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司，哈爾濱 150066）

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論發(fā)動(dòng)機(jī)爆震及爆震控制模塊的組成

肖凌翔，楊守財(cái)

（哈爾濱東安汽車動(dòng)力股份有限公司，哈爾濱 150066）

摘要：近年來，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，國家對(duì)于汽車排放、油耗指標(biāo)要求越來越嚴(yán)格，追求更高的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率已成為各主機(jī)廠當(dāng)務(wù)之急。然而隨著熱效率提升，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震也成為設(shè)計(jì)人員需要面對(duì)的問題，就發(fā)動(dòng)機(jī)EMS系統(tǒng)對(duì)爆震信號(hào)的識(shí)別及爆震控制的基本原理進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：VVT；進(jìn)氣模型；標(biāo)定

1　爆震及爆震控制簡介

1.1爆震

爆震是指發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)某部分混合氣在正常燃燒火焰前鋒到達(dá)之前自燃造成的。發(fā)生爆震時(shí)，汽缸內(nèi)的燃燒壓力如圖1所示。

當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈爆震時(shí)，活塞等發(fā)動(dòng)機(jī)部件可能造成永久性損壞。

1.2影響爆震發(fā)生的因素

發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷容易發(fā)生爆震，而且容易聽到，但在高速大負(fù)荷發(fā)生的爆震危害大，靠聽覺不易識(shí)別，容易損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。

表1　影響爆震發(fā)生的因素Tab.1 Factors affecting the occurrence of knocking

點(diǎn)火提前角對(duì)爆震的影響很直接，但過于保守的點(diǎn)火角控制，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩的損失和油耗的提高。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的變工況運(yùn)行，固定輸出的點(diǎn)火提前角已不完全滿足要求。爆震控制恰恰就是用來克服這些缺點(diǎn)的手段。

圖2　點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的影響Fig.2　Effect of advance angle of ignition on engine combustion

1.3爆震控制

爆震控制系統(tǒng)如圖4所示。爆震控制的最終目標(biāo)是使點(diǎn)火提前角工作在爆震邊界點(diǎn)且不產(chǎn)生強(qiáng)烈爆震。

圖3　爆震控制系統(tǒng)簡化圖Fig.3 Knocking control system simplified diagram

2　爆震傳感器

2.1爆震傳感器功能介紹

爆震傳感器用來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的爆震，其原理是采用一個(gè)壓電陶瓷振動(dòng)加速度傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)由于缸體震動(dòng)頻率變化產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后將電信號(hào)傳給ECU。爆震傳感器實(shí)物如圖5。

圖4　爆震傳感器Fig.4 Knocking sensor

2.2爆震傳感器的型式

爆震傳感器有兩種基本設(shè)計(jì)：一種為寬帶共振式，一種為平響應(yīng)式。

寬帶共振式：一種按一定的頻率設(shè)置好了的共振加速度計(jì)，它只對(duì)特定范圍的共振頻率作出反應(yīng)，一般只能用于某一特定固有頻率的發(fā)動(dòng)機(jī)。

平響應(yīng)式：需要在電器系統(tǒng)中對(duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行過濾，從而濾掉各種背境噪音。由于濾波過程由ECM來完成，使得平響應(yīng)爆震傳感器具有顯著優(yōu)點(diǎn)：一種設(shè)計(jì)可以用于各種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。另外，由于此種傳感器信號(hào)相對(duì)較弱，因而需要采用帶屏蔽端的信號(hào)輸出方式。

3　爆震控制功能模塊簡介

以下內(nèi)容以聯(lián)電系統(tǒng)為例，對(duì)爆震控制各功能模塊進(jìn)行簡要介紹。

3.1%GGKS爆震傳感器信號(hào)處理

爆震傳感器信號(hào)處理功能包括：多路選擇、控制放大、帶通濾波、整流和積分。%GGKS就是用來處理爆震傳感器信號(hào)的功能模塊，通過它得到修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值ikr，這個(gè)信號(hào)將用于后續(xù)的爆震檢測功能%KRKE。在這個(gè)功能模塊中還涉及系統(tǒng)對(duì)爆震信號(hào)電路及芯片的自檢，一個(gè)是脈沖測試test pulse，一個(gè)是零測試zerotest，零測試的結(jié)果還會(huì)被用于修正爆震傳感器積分信號(hào)。

參考圖6，修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值ikr的計(jì)算公式如下：

ikr(i)——修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值。

ikrme(i)——測量窗口結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爆震傳感器信號(hào)積分值。

iokkr——爆震傳感器信號(hào)積分修正值。

igokr_w——用于計(jì)算修正值的積分器斜率。

tmfl_w——測量窗口的時(shí)間長度。

ikrmen——零測試時(shí)，測量窗口結(jié)束點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爆震傳感器信號(hào)積分值。

ikrma——測量窗口起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的爆震傳感器信號(hào)積分值。

tmfln_w——零測試時(shí)的測量窗口的時(shí)間長度。

圖5　爆震傳感器信號(hào)處理Fig.5 Knocking sensor signal processing

在這個(gè)功能塊中，匹配的重點(diǎn)是濾波頻率（FMFKRNZ）和測量窗口（KFMAKR、KEMLN），保證修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值ikr不受干擾信號(hào)影響。

3.2%KRKE爆震檢測

這個(gè)功能模塊的作用主要是根據(jù)修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值ikr，基于一定的判斷標(biāo)準(zhǔn)，檢測出是否有爆震發(fā)生。

系統(tǒng)的爆震判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：

如果ikr(i)/rkrmx≥kek(i)或ikrme(i)-ikrma≥3.7V則表示有爆震發(fā)生，B_kl=1，

其中rkrmx=min{rkr(i),rkrmx1/2w×2^［vkr(i)-6］}，

ikr(i)——修正后的爆震傳感器信號(hào)積分值。

rkr(i)——發(fā)動(dòng)機(jī)的參考背景噪音。

rkr(i)=(1-N)×rkr(i-1)+N×ikr(i),N是參考背景噪音的濾波因子。

kek(i)——爆震檢測閾值。

rkrmx1/2w——通過試驗(yàn)標(biāo)定的最大的標(biāo)準(zhǔn)化背景噪音電壓。

在這個(gè)功能模塊中將會(huì)根據(jù)不同的工況計(jì)算爆震檢測閾值kek(i)和參考背景噪音rkr(i)。

4　結(jié)語

完整發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的爆震匹配標(biāo)定過程，需要包括測量窗口設(shè)定、濾波中心頻率選擇、爆震控制檢測閾值、背景噪音最大限制值幾個(gè)步驟。EMS系統(tǒng)判斷出的爆震，反映的是缸內(nèi)壓力急劇變化的程度。而對(duì)于判斷爆震的依據(jù)，無論是國內(nèi)還是國外，更多的還是依靠現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累和標(biāo)定工程師的經(jīng)驗(yàn)。

按照標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)定流程和數(shù)字化的標(biāo)定參數(shù)閥值設(shè)置，可以彌補(bǔ)人員主觀造成的誤差，避免對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成不必要的損害。

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Discussion on the composition of engine knock and knock control module

XIAO Ling-xiang,YANG Shou-cai
(Harbin Dongan Auto Engine Co.,Ltd.,Harbin 150066,China)

Abstract:In recent years,with the development of the automotive industry,the state has more strict to vehicle emissions, fuel consumption,the pursuit of higher engine combustion efficiency has become the priority to main engine plants. However,with the improvement of thermal efficiency,engine knock has become a problem that designers need to face. This paper expounded identification of engine EMS system to knock signal and the basic principles of knock control.

Key words:VVT;Intake model;Calibration

中圖分類號(hào)：TK433

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-8646（2016）08-0019-03

收稿日期：2016-02-20