發動機相位關系信號測試研究

張強，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

發動機相位關系信號測試研究

張強，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

發動機工作過程中影響發動機性能的因素有很多。其中，發動機的相位關系就是很重要的影響因素之一。它影響著發動機進氣、噴油、點火角度，更決定了整個配氣機構工作是否合理。發動機相位關系主要由曲軸、凸輪軸轉速信號，缸壓信號的關系所組成，這三個重要的相位關系信號之間對應關系正確與否將直接影響了發動機工作狀態及性能的好壞。

發動機；影響因素；相位關系；性能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.039

CLC NO.: U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-106-02

引言

在發動機的標定過程中，發動機相位關系對標定工作主要有兩方面影響：1、對發動機判缸，點火正時的影響；2、對帶有VVT系統發動機的凸輪相位的確認。相位關系主要由曲軸轉速信號，凸輪軸轉速信號，缸壓信號的相對關系所組成，這三個相位關系信號之間對應關系的正確與否影響了發動機的相位關系是否合理，是我們判斷發動機正時是否正確的依據。近期，在DAE某發動機機型的標定工作中，為了確認此發動機的正時是否正確，我們通過LMS數采主機設備采集出相位關系信號，并以電壓信號的形式輸出，通過圖像和數據的對比，確認了三者的相互關系，更好的輔助了相應的標定工作。

1、本文的研究內容

本文主要介紹了發動機相位關系的設計準則和相位關系信號的理論知識，以試驗為基礎，通過LMS設備測出發動機的曲軸轉速信號、凸輪軸轉速信號和缸壓信號，通過三者的關系判斷發動機的相位關系是否正確，有效地指導輔助發動機標定工作。

2、相位關系信號的理論基礎

2.1曲軸轉速信號

一般情況下，由點火控制模塊采集點火信號直接轉化成電信號到達轉速表，或者有發動機主控電腦板根據相關傳感器（如曲軸轉角傳感器、凸輪軸位置傳感器）的信號來轉化成發動機轉速表信號來指示轉速。即表示發動機曲軸轉動快慢的電壓信號。

圖1　曲軸轉速傳感器特性

齒頂對應輸出信號低電位，齒底對應輸出信號高電位。輸出信號要比實際齒形晚半個齒。為了直觀理解曲軸的轉速，需要了解發動機的工作循環行程。對于四沖程發動機，有四個行程：

（1）吸氣：活塞從上止點運動到下止點，進氣門開排氣門關，曲軸轉半圈。

（2）壓縮：活塞從下止點運動到上止點，進氣門關排氣門關，曲軸轉半圈。

（3）做功：活塞從上止點運動到下止點，進氣門關排氣門關，曲軸轉半圈。

（4）排氣：活塞從下止點運動到上止點，進氣門關排氣門開，曲軸轉半圈。

因此，發動機一個工作循環，曲軸轉兩周。

2.2凸輪軸轉速信號

發動機配氣機構中凸輪軸轉速的電壓信號，發動機轉兩圈，凸輪軸轉一圈，轉速是曲軸的一半。

圖2　凸輪軸轉速傳感器特性

齒頂對應輸出信號低電位，齒底對應輸出信號高電位。另一般情況下齒頂對應的低電位信號寬度要比實際的齒頂寬。

2.3缸壓信號

在發動機一個工作循環內，各氣缸內氣體壓力變化的電壓信號。

3、相位關系的設計準則

3.1 準則

在一個發動機循環中（720度曲軸轉角），曲軸轉速信號缺齒后第二個電位下降沿應交替對應凸輪信號輪的一次高電位（此時發動機為排氣行程），一次低電位（此時發動機為壓縮行程）。

3.2點火正時

僅參看曲軸轉速信號，在曲軸轉速信號缺齒后第二個電位下降沿判定發動機所在的行程后，再轉過一定角度到達發動機此行程上止點的角度。

3.3凸輪相位正時

在VVT初始位置時刻，自曲軸轉速信號的缺齒后第二個電位下降開始到凸輪相位信號的第一個電位下降沿為止確認的角度參數作為計算基準的角度。

圖3　曲軸和凸輪軸傳感器齒形板

圖4 曲軸和凸輪軸轉 速信號關系

4、緩變信號測試

LMS主機設備可以將相位關系信號采集出來，并以電壓信號形式輸出。凸輪軸相位傳感器為霍爾式傳感器，曲軸轉速傳感器為磁電式傳感器，通過LMS主機設備連接曲軸轉速傳感器，凸輪軸轉速傳感器和缸壓信號傳感器，采集此三個信號，將其轉化為電壓信號輸出，根據相位關系準則判斷三者關系的正確與否和發動機的相位關系。以DAE某機型具體試驗為例，試驗工況為怠速。

圖5　某機型相位關系理論基礎

圖6 某機型相位關系實測

結論：曲軸轉速信號從缺齒開始第二個齒開始，第十個齒數對應凸輪軸信號上升沿，即為壓縮上止點，點火正時角為100度。相位關系實測與理論值相吻合，趨勢一致。通過緩變信號采集試驗，可正確判斷發動機正時，更好地輔助標定工作。

5、總結與展望

本文介紹了通過試驗測試緩變信號關系判斷發動機相位關系的方法，這些信號之間不單單是一種傳感參數的表達，更有著密切的關系。發動機的相位關系是影響發動機性能主要的因素，所以未來的相位關系試驗也必然是一個重要的課題，會有更多的問題等著我們去解決，去挑戰。

Engine signal phase relationship test research

Zhang Qiang, Xin Haixia, Yin Dongsheng, Wang Jun, Fan Baoqing
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

Engine during engine performance factors, many of them, the phase relationship of the engine is a very important factor. It affects the intake, fuel injection, ignition angle determines the entire valve timing is reasonable. Phase relationship mainly by the crankshaft speed signal, the speed signal and the relative relationship between camshaft cylinder pressure signal is composed, the correctness of these three relatively phase signal relationship between the influence of the phase relationship of the engine is reasonable, i.e., affect the engine performance is good or bad.

Engine; Factor; Phase relationship; Performance

U463.7 文獻表示碼：A

1671-7988（2016）11-106-02

張強（1978-），男，工程師，學歷本科，研究方向動力總成和整車NVH測試，整車動力性、經濟性及環境測試。