論發動機爆震及爆震控制模塊的組成

肖凌翔，楊守財

（哈爾濱東安汽車動力股份有限公司，哈爾濱 150066）

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論發動機爆震及爆震控制模塊的組成

肖凌翔，楊守財

（哈爾濱東安汽車動力股份有限公司，哈爾濱 150066）

摘要：近年來，隨著汽車行業的發展，國家對于汽車排放、油耗指標要求越來越嚴格，追求更高的發動機燃燒效率已成為各主機廠當務之急。然而隨著熱效率提升，發動機爆震也成為設計人員需要面對的問題，就發動機EMS系統對爆震信號的識別及爆震控制的基本原理進行了闡述。

關鍵詞：VVT；進氣模型；標定

1　爆震及爆震控制簡介

1.1爆震

爆震是指發動機汽缸內某部分混合氣在正常燃燒火焰前鋒到達之前自燃造成的。發生爆震時，汽缸內的燃燒壓力如圖1所示。

當發生強烈爆震時，活塞等發動機部件可能造成永久性損壞。

1.2影響爆震發生的因素

發動機在低速大負荷容易發生爆震，而且容易聽到，但在高速大負荷發生的爆震危害大，靠聽覺不易識別，容易損壞發動機。

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

點火提前角對爆震的影響很直接，但過于保守的點火角控制，還會引起發動機功率、扭矩的損失和油耗的提高。隨著發動機的變工況運行，固定輸出的點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的手段。

圖2　點火提前角對發動機燃燒的影響Fig.2　Effect of advance angle of ignition on engine combustion

1.3爆震控制

爆震控制系統如圖4所示。爆震控制的最終目標是使點火提前角工作在爆震邊界點且不產生強烈爆震。

圖3　爆震控制系統簡化圖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動機所產生的爆震，其原理是采用一個壓電陶瓷振動加速度傳感器，將發動機爆震時由于缸體震動頻率變化產生的振動信號轉變成電信號，然后將電信號傳給ECU。爆震傳感器實物如圖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計：一種為寬帶共振式，一種為平響應式。

寬帶共振式：一種按一定的頻率設置好了的共振加速度計，它只對特定范圍的共振頻率作出反應，一般只能用于某一特定固有頻率的發動機。

平響應式：需要在電器系統中對不同頻率的信號進行過濾，從而濾掉各種背境噪音。由于濾波過程由ECM來完成，使得平響應爆震傳感器具有顯著優點：一種設計可以用于各種不同的發動機。另外，由于此種傳感器信號相對較弱，因而需要采用帶屏蔽端的信號輸出方式。

3　爆震控制功能模塊簡介

以下內容以聯電系統為例，對爆震控制各功能模塊進行簡要介紹。

3.1%GGKS爆震傳感器信號處理

爆震傳感器信號處理功能包括：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的功能模塊，通過它得到修正后的爆震傳感器信號積分值ikr，這個信號將用于后續的爆震檢測功能%KRKE。在這個功能模塊中還涉及系統對爆震信號電路及芯片的自檢，一個是脈沖測試test pulse，一個是零測試zerotest，零測試的結果還會被用于修正爆震傳感器積分信號。

參考圖6，修正后的爆震傳感器信號積分值ikr的計算公式如下：

ikr(i)——修正后的爆震傳感器信號積分值。

ikrme(i)——測量窗口結束點對應的爆震傳感器信號積分值。

iokkr——爆震傳感器信號積分修正值。

igokr_w——用于計算修正值的積分器斜率。

tmfl_w——測量窗口的時間長度。

ikrmen——零測試時，測量窗口結束點對應的爆震傳感器信號積分值。

ikrma——測量窗口起始點對應的爆震傳感器信號積分值。

tmfln_w——零測試時的測量窗口的時間長度。

圖5　爆震傳感器信號處理Fig.5 Knocking sensor signal processing

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

3.2%KRKE爆震檢測

這個功能模塊的作用主要是根據修正后的爆震傳感器信號積分值ikr，基于一定的判斷標準，檢測出是否有爆震發生。

系統的爆震判斷標準如下：

如果ikr(i)/rkrmx≥kek(i)或ikrme(i)-ikrma≥3.7V則表示有爆震發生，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積分值。

rkr(i)——發動機的參考背景噪音。

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——通過試驗標定的最大的標準化背景噪音電壓。

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

4　結語

完整發動機臺架的爆震匹配標定過程，需要包括測量窗口設定、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步驟。EMS系統判斷出的爆震，反映的是缸內壓力急劇變化的程度。而對于判斷爆震的依據，無論是國內還是國外，更多的還是依靠現有數據庫的試驗數據積累和標定工程師的經驗。

按照標準化標定流程和數字化的標定參數閥值設置，可以彌補人員主觀造成的誤差，避免對發動機造成不必要的損害。

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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：TK433

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）08-0019-03

收稿日期：2016-02-20