汽車發(fā)動(dòng)機(jī)爆震量化方法研究

摘要：本文研究計(jì)出一種相對(duì)簡單易行的汽油機(jī)爆震模擬試驗(yàn)方法，有利于提高汽油機(jī)爆震的維修水平。利用底盤測功機(jī)和油門踏板保持機(jī)構(gòu)車輛的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速恒定，粵過改變空燃比改變?nèi)紵隣顩r從而誘導(dǎo)爆震的出現(xiàn)，再通過解碼器與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)行通訊采集和記錄原車傳感器器信號(hào)，并結(jié)合聲級(jí)計(jì)等維修企業(yè)常用的工具設(shè)備。確定在一定轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，爆震出現(xiàn)時(shí)爆震傳感器闞位。由此些不解體車輛的前提下對(duì)在用車是否發(fā)生爆震進(jìn)行判定，更好的指導(dǎo)廣大汽車維修人員和車輛使用者判斷車輛是否發(fā)生了爆震以及爆震的程度，為是否需要進(jìn)一步維修提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：爆震 量化方法 發(fā)動(dòng)機(jī)

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098x(2012)02(b)-0039-01

爆震是汽油機(jī)不正常燃燒現(xiàn)象之一，隨著車輛使用和磨損車輛可能會(huì)出現(xiàn)輕微或者嚴(yán)重的爆震，目前在實(shí)驗(yàn)室或研發(fā)領(lǐng)域，通常通過測燃燒室噪聲、氣缸壓力和機(jī)體振動(dòng)等方法對(duì)爆震的出現(xiàn)進(jìn)行測量和評(píng)價(jià)，但以上方法對(duì)于在用車輛檢測起來難度較大；在車輛使用和維修中。主要借助維修人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，對(duì)于爆震沒有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和簡單易行的方法來界定正常與否。本文研究并設(shè)計(jì)出一種相對(duì)簡單易行的汽油機(jī)爆震模擬試驗(yàn)方法，有利于提高汽油機(jī)爆震的維修水平。

1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)爆震概述

爆震是汽油機(jī)不正常燃燒現(xiàn)象之一，對(duì)于爆震的定義，Oppenheirn對(duì)爆震作了一個(gè)較全面的定義：“爆震(或敲缸)是一種不理想的燃燒方式，它是自發(fā)地和隨機(jī)地產(chǎn)生的。導(dǎo)致銳利的壓力脈沖，并伴隨有沖量和機(jī)體的震動(dòng)和特征相同的噪聲。”輕微爆震可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，強(qiáng)化燃燒，但中等程度以上的爆震會(huì)使燃燒惡化，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響。

2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)爆震量化方法設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

(1)傳感器選用，本文設(shè)計(jì)了一套汽車發(fā)動(dòng)機(jī)爆震檢測裝置，其中這套裝置是以爆震傳感器為核心，輔以電源，數(shù)據(jù)線等輔助裝置。本文采用的爆震傳感器為sI-EMENS VDO生產(chǎn)的共振型爆震傳感器，型號(hào)為s107583009Z，裝在Audi及大眾多種車型上，具有很強(qiáng)通用性，該傳感器的頻響范圍為3～25kHz，傳感器在7kHz的靈敏度35mV/g，阻抗R>1MΩ，工作溫度為40-150℃，端子數(shù)為3。本文發(fā)動(dòng)機(jī)采用的方案為：通過寬頻共振型爆震傳感器檢測機(jī)體的振動(dòng)來評(píng)價(jià)汽油機(jī)的爆震情況，利用解碼器讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的數(shù)據(jù)流中關(guān)于爆震強(qiáng)度傳感器反饋的數(shù)據(jù)并對(duì)比聲級(jí)計(jì)檢測聲音的結(jié)果及相關(guān)性分析，判斷爆震的出現(xiàn)。

(2)數(shù)據(jù)采集方式選擇，由于爆震信號(hào)僅在缸內(nèi)氣體燃燒期間發(fā)生，為了避免因?yàn)槠渌虻臋C(jī)械振動(dòng)的干擾引起錯(cuò)誤檢測，因此系統(tǒng)只在點(diǎn)火后的一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行爆震檢測。開窗時(shí)刻的選擇也是一個(gè)待解決的問題。現(xiàn)在通常都取開始和結(jié)束于固定的曲軸角度，但是由于幅度最大的爆震信號(hào)每個(gè)循環(huán)各不相同，開窗時(shí)問取的太長包含了不必要的噪聲信號(hào)爆震處理時(shí)間也相對(duì)較長；取的太短又丟失了一些重要的信息。最新的研究成果是選擇可以移動(dòng)的開窗函數(shù)，開窗的時(shí)間也是可變的。為確切的檢測和控制爆震信號(hào)，首先對(duì)爆震傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波并將濾波后的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過對(duì)爆震窗口(包括窗口起始時(shí)刻和窗口長度)的確定來對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分，再利用爆震門檻值圖表查詢當(dāng)前閾值，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，計(jì)算均值，如高于門檻值則認(rèn)為發(fā)生爆震。

(3)結(jié)合爆震控制原理采集相關(guān)數(shù)據(jù)流，在我們使用解碼器對(duì)車輛電控系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能稱為“數(shù)據(jù)流讀取”或“閱讀數(shù)據(jù)塊”，它的作用是用來顯示從控制單元中到的所有運(yùn)行參數(shù)，通常顯示為各個(gè)傳感器傳遞給控制單元的數(shù)值，有時(shí)也包括一些系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后的結(jié)果。包括狀態(tài)量和模擬量：狀態(tài)式參數(shù)表示兩種狀態(tài)之一，如ON或OFF、開(OPEN)或關(guān)(CLOSE)、高(HI)或低(LO)、濃(RICH)或稀(LEAN)、YES或NO等等；模擬式參數(shù)值則反映出相應(yīng)器件工作時(shí)被測量的測量值，如電壓、壓力、溫度、速度等，儀器用相應(yīng)的計(jì)量單位顯示這些值。由上述分析可知車輛通過采集爆震傳感器的電壓值，并通過濾波、積分等一系列計(jì)算并結(jié)合曲軸位置傳感器，轉(zhuǎn)換為各缸的系統(tǒng)電壓值，從而與ECU內(nèi)的閥值進(jìn)行比較。爆震超限時(shí)通過推遲點(diǎn)火提前角以控制爆震的趨勢(shì)。因此可通過讀取該車數(shù)據(jù)流分析原車設(shè)計(jì)及標(biāo)定過程中采用的爆震控制策略。

2.2測試方法確定

2.2.1爆震評(píng)價(jià)指標(biāo)

測試系統(tǒng)根據(jù)什么來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生爆震，即爆震的閾值(或稱評(píng)價(jià)指標(biāo)、爆震基準(zhǔn))是爆震檢測、控制系統(tǒng)的一個(gè)十分重要的參數(shù)，一個(gè)合理的爆震評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅能夠?qū)Ρ疬M(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，而且要求響應(yīng)性好，能迅速、及時(shí)地判斷爆震，同時(shí)電路簡單可靠也是十分必要的。由于共振型爆震傳感器的輸出信號(hào)是一個(gè)高頻的振動(dòng)信號(hào)，汽油機(jī)有爆震時(shí)，信號(hào)的幅值大幅度增加，因此可以采用峰值電壓Vp作為爆震的評(píng)價(jià)指標(biāo)。我們通過VAG-COM采集到的數(shù)據(jù)流反映了經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元經(jīng)過濾波、A/D轉(zhuǎn)換、窗口采樣、積分等一系列處理后，依據(jù)各缸的點(diǎn)火順序得到各缸的振動(dòng)信號(hào)，此Vp信號(hào)是一定數(shù)量循環(huán)內(nèi)的平均值。當(dāng)Vp大于爆震判斷基準(zhǔn)Vc時(shí)，控制單元判斷汽油機(jī)發(fā)生爆震，當(dāng)Vp小于爆震判斷基準(zhǔn)Vc時(shí)認(rèn)為沒有發(fā)生爆震。

2.2.2判定方法分析

在ME系統(tǒng)中爆震的控制策略，簡單的說就是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元采集爆震傳感器反饋的振動(dòng)信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行濾波積分等處理，再根據(jù)點(diǎn)火順序?qū)⒌玫降谋鹦盘?hào)分配到各缸上，如果爆震傳感器信號(hào)強(qiáng)度超過某一閾值，則通過推遲點(diǎn)火提前角來減少爆震的傾向；如果爆震強(qiáng)度減輕則逐步恢復(fù)點(diǎn)火提前角；如仍然有爆震傾向則進(jìn)一步推遲。

考慮在用車和維修行業(yè)的特點(diǎn)，并不關(guān)心偶爾發(fā)生的一兩次爆震。即偶爾的Vp大于Vc并不足以判斷車輛是否發(fā)生故障，因此需引入爆震平均強(qiáng)度來指示車輛是否發(fā)生爆震故障需要維修。爆震的強(qiáng)度通常用爆震率進(jìn)行評(píng)定，爆震率定義為發(fā)生爆震的循環(huán)數(shù)與實(shí)際的工作循環(huán)數(shù)之比。本文對(duì)爆震強(qiáng)度作如下定義：無爆震和有爆震。結(jié)合實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，在無爆震時(shí)，系統(tǒng)可以檢測到偶發(fā)的Vp大干Vc的情況，但人耳無法聽到，系統(tǒng)也并不對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行調(diào)控；爆震時(shí)，維修技師已經(jīng)可以聽見清脆的爆震聲，系統(tǒng)已經(jīng)開始對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行調(diào)控。

由于現(xiàn)代電控車輛發(fā)動(dòng)機(jī)ECU會(huì)根據(jù)各種因素的變化作出相應(yīng)并且通過推遲點(diǎn)火提前角在一定程度上可以有效地控制爆震，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的檢測分析方法，可以很好的檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。測試效果滿足實(shí)際工作的研究。

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