汽車發動機爆震量化方法研究

摘要：本文研究計出一種相對簡單易行的汽油機爆震模擬試驗方法，有利于提高汽油機爆震的維修水平。利用底盤測功機和油門踏板保持機構車輛的負荷與轉速恒定，粵過改變空燃比改變燃燒狀況從而誘導爆震的出現，再通過解碼器與發動機控制單元進行通訊采集和記錄原車傳感器器信號，并結合聲級計等維修企業常用的工具設備。確定在一定轉速和負荷下，爆震出現時爆震傳感器闞位。由此些不解體車輛的前提下對在用車是否發生爆震進行判定，更好的指導廣大汽車維修人員和車輛使用者判斷車輛是否發生了爆震以及爆震的程度，為是否需要進一步維修提供了依據。

關鍵詞：爆震 量化方法 發動機

中圖分類號：U464 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098x(2012)02(b)-0039-01

爆震是汽油機不正常燃燒現象之一，隨著車輛使用和磨損車輛可能會出現輕微或者嚴重的爆震，目前在實驗室或研發領域，通常通過測燃燒室噪聲、氣缸壓力和機體振動等方法對爆震的出現進行測量和評價，但以上方法對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驗進行判斷，對于爆震沒有一個統一的評價標準和簡單易行的方法來界定正常與否。本文研究并設計出一種相對簡單易行的汽油機爆震模擬試驗方法，有利于提高汽油機爆震的維修水平。

1汽車發動機爆震概述

爆震是汽油機不正常燃燒現象之一，對于爆震的定義，Oppenheirn對爆震作了一個較全面的定義：“爆震(或敲缸)是一種不理想的燃燒方式，它是自發地和隨機地產生的。導致銳利的壓力脈沖，并伴隨有沖量和機體的震動和特征相同的噪聲?！陛p微爆震可以改善發動機的動力性和經濟性，強化燃燒，但中等程度以上的爆震會使燃燒惡化，對發動機產生不良影響。

2汽車發動機爆震量化方法設計

2.1實驗裝置設計

(1)傳感器選用，本文設計了一套汽車發動機爆震檢測裝置，其中這套裝置是以爆震傳感器為核心，輔以電源，數據線等輔助裝置。本文采用的爆震傳感器為sI-EMENS VDO生產的共振型爆震傳感器，型號為s107583009Z，裝在Audi及大眾多種車型上，具有很強通用性，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℃，端子數為3。本文發動機采用的方案為：通過寬頻共振型爆震傳感器檢測機體的振動來評價汽油機的爆震情況，利用解碼器讀取發動機控制單元的數據流中關于爆震強度傳感器反饋的數據并對比聲級計檢測聲音的結果及相關性分析，判斷爆震的出現。

(2)數據采集方式選擇，由于爆震信號僅在缸內氣體燃燒期間發生，為了避免因為其它原因的機械振動的干擾引起錯誤檢測，因此系統只在點火后的一段時間內進行爆震檢測。開窗時刻的選擇也是一個待解決的問題。現在通常都取開始和結束于固定的曲軸角度，但是由于幅度最大的爆震信號每個循環各不相同，開窗時問取的太長包含了不必要的噪聲信號爆震處理時間也相對較長；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的開窗函數，開窗的時間也是可變的。為確切的檢測和控制爆震信號，首先對爆震傳感器信號進行濾波并將濾波后的信號進行A/D轉換，然后通過對爆震窗口(包括窗口起始時刻和窗口長度)的確定來對信號進行積分，再利用爆震門檻值圖表查詢當前閾值，將采集的數據進行統計計算，計算均值，如高于門檻值則認為發生爆震。

(3)結合爆震控制原理采集相關數據流，在我們使用解碼器對車輛電控系統進行操作時，有一個標準功能稱為“數據流讀取”或“閱讀數據塊”，它的作用是用來顯示從控制單元中到的所有運行參數，通常顯示為各個傳感器傳遞給控制單元的數值，有時也包括一些系統根據這些數據進行計算后的結果。包括狀態量和模擬量：狀態式參數表示兩種狀態之一，如ON或OFF、開(OPEN)或關(CLOSE)、高(HI)或低(LO)、濃(RICH)或稀(LEAN)、YES或NO等等；模擬式參數值則反映出相應器件工作時被測量的測量值，如電壓、壓力、溫度、速度等，儀器用相應的計量單位顯示這些值。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、積分等一系列計算并結合曲軸位置傳感器，轉換為各缸的系統電壓值，從而與ECU內的閥值進行比較。爆震超限時通過推遲點火提前角以控制爆震的趨勢。因此可通過讀取該車數據流分析原車設計及標定過程中采用的爆震控制策略。

2.2測試方法確定

2.2.1爆震評價指標

測試系統根據什么來判斷發動機是否發生爆震，即爆震的閾值(或稱評價指標、爆震基準)是爆震檢測、控制系統的一個十分重要的參數，一個合理的爆震評價指標不僅能夠對爆震進行準確的評價，而且要求響應性好，能迅速、及時地判斷爆震，同時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是一個高頻的振動信號，汽油機有爆震時，信號的幅值大幅度增加，因此可以采用峰值電壓Vp作為爆震的評價指標。我們通過VAG-COM采集到的數據流反映了經過發動機控制單元經過濾波、A/D轉換、窗口采樣、積分等一系列處理后，依據各缸的點火順序得到各缸的振動信號，此Vp信號是一定數量循環內的平均值。當Vp大于爆震判斷基準Vc時，控制單元判斷汽油機發生爆震，當Vp小于爆震判斷基準Vc時認為沒有發生爆震。

2.2.2判定方法分析

在ME系統中爆震的控制策略，簡單的說就是發動機控制單元采集爆震傳感器反饋的振動信號并對其進行濾波積分等處理，再根據點火順序將得到的爆震信號分配到各缸上，如果爆震傳感器信號強度超過某一閾值，則通過推遲點火提前角來減少爆震的傾向；如果爆震強度減輕則逐步恢復點火提前角；如仍然有爆震傾向則進一步推遲。

考慮在用車和維修行業的特點，并不關心偶爾發生的一兩次爆震。即偶爾的Vp大于Vc并不足以判斷車輛是否發生故障，因此需引入爆震平均強度來指示車輛是否發生爆震故障需要維修。爆震的強度通常用爆震率進行評定，爆震率定義為發生爆震的循環數與實際的工作循環數之比。本文對爆震強度作如下定義：無爆震和有爆震。結合實際維修經驗，在無爆震時，系統可以檢測到偶發的Vp大干Vc的情況，但人耳無法聽到，系統也并不對點火提前角進行調控；爆震時，維修技師已經可以聽見清脆的爆震聲，系統已經開始對點火提前角進行調控。

由于現代電控車輛發動機ECU會根據各種因素的變化作出相應并且通過推遲點火提前角在一定程度上可以有效地控制爆震，通過相關實驗驗證，本文設計的檢測分析方法，可以很好的檢測到發動機爆震。測試效果滿足實際工作的研究。

參考文獻

[1]韓宇石.電控汽油機爆震信號分析與檢測[D].北京：北京工業大學，2010.

[2]劉崢，王建昕.汽車發動機原理教程[M].北京：清華大學出版社，2010：143.