汽车发动机爆震量化方法研究

摘要：本文研究计出一种相对简单易行的汽油机爆震模拟试验方法，有利于提高汽油机爆震的维修水平。利用底盘测功机和油门踏板保持机构车辆的负荷与转速恒定，粤过改变空燃比改变燃烧状况从而诱导爆震的出现，再通过解码器与发动机控制单元进行通讯采集和记录原车传感器器信号，并结合声级计等维修企业常用的工具设备。确定在一定转速和负荷下，爆震出现时爆震传感器阚位。由此些不解体车辆的前提下对在用车是否发生爆震进行判定，更好的指导广大汽车维修人员和车辆使用者判断车辆是否发生了爆震以及爆震的程度，为是否需要进一步维修提供了依据。

关键词：爆震　量化方法　发动机

中图分类号：U464　文献标识码：A　文章编号：1674-098x(2012)02(b)-0039-01

爆震是汽油机不正常燃烧现象之一，随着车辆使用和磨损车辆可能会出现轻微或者严重的爆震，目前在实验室或研发领域，通常通过测燃烧室噪声、气缸压力和机体振动等方法对爆震的出现进行测量和评价，但以上方法对于在用车辆检测起来难度较大；在车辆使用和维修中。主要借助维修人员的经验进行判断，对于爆震没有一个统一的评价标准和简单易行的方法来界定正常与否。本文研究并设计出一种相对简单易行的汽油机爆震模拟试验方法，有利于提高汽油机爆震的维修水平。

1汽车发动机爆震概述

爆震是汽油机不正常燃烧现象之一，对于爆震的定义，Oppenheirn对爆震作了一个较全面的定义：“爆震(或敲缸)是一种不理想的燃烧方式，它是自发地和随机地产生的。导致锐利的压力脉冲，并伴随有冲量和机体的震动和特征相同的噪声。”轻微爆震可以改善发动机的动力性和经济性，强化燃烧，但中等程度以上的爆震会使燃烧恶化，对发动机产生不良影响。

2汽车发动机爆震量化方法设计

2.1实验装置设计

(1)传感器选用，本文设计了一套汽车发动机爆震检测装置，其中这套装置是以爆震传感器为核心，辅以电源，数据线等辅助装置。本文采用的爆震传感器为sI-EMENS VDO生产的共振型爆震传感器，型号为s107583009Z，装在Audi及大众多种车型上，具有很强通用性，该传感器的频响范围为3～25kHz，传感器在7kHz的灵敏度35mV/g，阻抗R>1MΩ，工作温度为40-150℃，端子数为3。本文发动机采用的方案为：通过宽频共振型爆震传感器检测机体的振动来评价汽油机的爆震情况，利用解码器读取发动机控制单元的数据流中关于爆震强度传感器反馈的数据并对比声级计检测声音的结果及相关性分析，判断爆震的出现。

(2)数据采集方式选择，由于爆震信号仅在缸内气体燃烧期间发生，为了避免因为其它原因的机械振动的干扰引起错误检测，因此系统只在点火后的一段时间内进行爆震检测。开窗时刻的选择也是一个待解决的问题。现在通常都取开始和结束于固定的曲轴角度，但是由于幅度最大的爆震信号每个循环各不相同，开窗时问取的太长包含了不必要的噪声信号爆震处理时间也相对较长；取的太短又丢失了一些重要的信息。最新的研究成果是选择可以移动的开窗函数，开窗的时间也是可变的。为确切的检测和控制爆震信号，首先对爆震传感器信号进行滤波并将滤波后的信号进行A/D转换，然后通过对爆震窗口(包括窗口起始时刻和窗口长度)的确定来对信号进行积分，再利用爆震门槛值图表查询当前阈值，将采集的数据进行统计计算，计算均值，如高于门槛值则认为发生爆震。

(3)结合爆震控制原理采集相关数据流，在我们使用解码器对车辆电控系统进行操作时，有一个标准功能称为“数据流读取”或“阅读数据块”，它的作用是用来显示从控制单元中到的所有运行参数，通常显示为各个传感器传递给控制单元的数值，有时也包括一些系统根据这些数据进行计算后的结果。包括状态量和模拟量：状态式参数表示两种状态之一，如ON或OFF、开(OPEN)或关(CLOSE)、高(HI)或低(LO)、浓(RICH)或稀(LEAN)、YES或NO等等；模拟式参数值则反映出相应器件工作时被测量的测量值，如电压、压力、温度、速度等，仪器用相应的计量单位显示这些值。由上述分析可知车辆通过采集爆震传感器的电压值，并通过滤波、积分等一系列计算并结合曲轴位置传感器，转换为各缸的系统电压值，从而与ECU内的阀值进行比较。爆震超限时通过推迟点火提前角以控制爆震的趋势。因此可通过读取该车数据流分析原车设计及标定过程中采用的爆震控制策略。

2.2测试方法确定

2.2.1爆震评价指标

测试系统根据什么来判断发动机是否发生爆震，即爆震的阈值(或称评价指标、爆震基准)是爆震检测、控制系统的一个十分重要的参数，一个合理的爆震评价指标不仅能够对爆震进行准确的评价，而且要求响应性好，能迅速、及时地判断爆震，同时电路简单可靠也是十分必要的。由于共振型爆震传感器的输出信号是一个高频的振动信号，汽油机有爆震时，信号的幅值大幅度增加，因此可以采用峰值电压Vp作为爆震的评价指标。我们通过VAG-COM采集到的数据流反映了经过发动机控制单元经过滤波、A/D转换、窗口采样、积分等一系列处理后，依据各缸的点火顺序得到各缸的振动信号，此Vp信号是一定数量循环内的平均值。当Vp大于爆震判断基准Vc时，控制单元判断汽油机发生爆震，当Vp小于爆震判断基准Vc时认为没有发生爆震。

2.2.2判定方法分析

在ME系统中爆震的控制策略，简单的说就是发动机控制单元采集爆震传感器反馈的振动信号并对其进行滤波积分等处理，再根据点火顺序将得到的爆震信号分配到各缸上，如果爆震传感器信号强度超过某一阈值，则通过推迟点火提前角来减少爆震的倾向；如果爆震强度减轻则逐步恢复点火提前角；如仍然有爆震倾向则进一步推迟。

考虑在用车和维修行业的特点，并不关心偶尔发生的一两次爆震。即偶尔的Vp大于Vc并不足以判断车辆是否发生故障，因此需引入爆震平均强度来指示车辆是否发生爆震故障需要维修。爆震的强度通常用爆震率进行评定，爆震率定义为发生爆震的循环数与实际的工作循环数之比。本文对爆震强度作如下定义：无爆震和有爆震。结合实际维修经验，在无爆震时，系统可以检测到偶发的Vp大干Vc的情况，但人耳无法听到，系统也并不对点火提前角进行调控；爆震时，维修技师已经可以听见清脆的爆震声，系统已经开始对点火提前角进行调控。

由于现代电控车辆发动机ECU会根据各种因素的变化作出相应并且通过推迟点火提前角在一定程度上可以有效地控制爆震，通过相关实验验证，本文设计的检测分析方法，可以很好的检测到发动机爆震。测试效果满足实际工作的研究。

参考文献

[1]韩宇石.电控汽油机爆震信号分析与检测[D].北京：北京工业大学，2010.

[2]刘峥，王建昕.汽车发动机原理教程[M].北京：清华大学出版社，2010：143.

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