CN106762133A - 一种基于震动的早燃和爆震检测系统及其检测方法 - Google Patents

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    • F02B77/085—Safety, indicating or supervising devices with sensors measuring combustion processes, e.g. knocking, pressure, ionization, combustion flame

Abstract

本发明公开了一种基于震动的早燃和爆震检测系统及其检测方法，用于区分早燃和普通爆震，检测方法包括以下步骤：计算特定曲轴转角范围内的震动信号，对信号进行滤波并计算信号震荡的峰值和相位；将检测到的峰值与相位同预先标定好的爆震阈值、早燃阈值进行比较；若所测幅值大于早燃阈值则认为是早燃循环；若所测幅值处于爆震阈值和早燃阈值之间，则推迟点火时刻作进一步判断；若所测幅值小于爆震阈值，则认为是正常燃烧循环。本发明所公开的用于检测早燃和爆震的系统及方法成本低，无需增加额外的装置便可用于实际车辆。

Description

一种基于震动的早燃和爆震检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，具体的说，是内燃机早燃和爆震的检测系统及方法。
背景技术
近年来，由于环境和能源问题日益突出，世界各地陆续推出了日益严格的油耗法规，降低CO2的排放和降低燃油消耗率。因此，汽油机小型强化逐渐成为研究的热点，汽油机小型强化通常采用缸内直喷，并结合增压技术与高压缩比，较大幅度地改善了发动机的燃油经济性，同时也能保证较高的功率输出。
然而，随着功率密度的提高，一种在低速大负荷发生的破坏性极强的非正常燃烧现象——“超级爆震”成为了汽油机功率进一步提高的主要障碍。超级爆震发生通常呈现无规律性，发生时缸内峰值压力可达30MPa，对发动机的破坏性极大。清华大学王志等在研究中发现超级爆震是由早燃引起的，而早燃的发生并不一定导致超级爆震[1]。在本说明书中不严格区分早燃和超级爆震，都将其称为早燃。
由于早燃的发生具有很大的破坏力，因此早燃的检测对于小型强化汽油机而言具有十分重要的意义。目前商用车辆主要通过发动机震动传感器对爆震进行检测，本发明正是基于该震动传感器，提出既可检测普通爆震又可检测早燃的检测系统及方法。
参考文献：
[1].王志,龙岩与王建昕,增压汽油机中早燃和超级爆震的研究进展.汽车安全与节能学报,2015(1):第17-29页.
发明内容
为检测发动机早燃和爆震的发生，本发明提出一种基于震动的早燃和爆震检测系统及其检测方法，该检测系统成本较低且可实际应用于车辆中用于检测发动机的早燃和爆震，
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于震动的早燃和爆震检测系统，包括震动传感器和控制器，所述震动传感器安装于发动机上，用于检测发动机特定曲轴转角范围内的震动信号，并将检测到的震动信号传送到所述控制器中；所述控制器用于接收震动传感器发送的震动信号，计算并记录该燃烧循环震动信号的峰值大小及峰值所对应的相位，以通过该震动信号判断是否发生早燃和爆震。
所述震动信号传送至所述控制器前进行放大操作和滤波操作。
所述曲轴转角范围为-20°CA—40°CA。
一种基于震动的早燃和爆震检测系统的检测方法，包括以下步骤：
(1)获取特定曲轴转角范围内的震动信号，对震动信号进行放大和滤波后通过计算得到其震荡峰值A和峰值相位将震荡峰值A和峰值相位与相位同预先标定好的爆震阈值Ak、早燃阈值AS和相位差阈值进行比较；
(2)将震荡峰值A与早燃阈值AS进行比较，同时将峰值相位与正常燃烧峰值的相位之差同相位差阈值进行比较，若A>AS或则该循环为早燃循环；
(3)若Ak<A<As且则该循环为爆震循环或早燃循环，推迟点火时刻，确认在接下来的n个循环中是否再次出现A>Ak，若未出现则此时为正常燃烧循环，若出现则是早燃循环；
(4)若A<Ak，则该循环为正常燃烧循环。
所述早燃阈值As、爆震阈值Ak和相位差阈值由台架试验预先标定；其中Ak满足能区分95％以上的爆震循环和正常燃烧循环的要求，As和满足能识别全部早燃循环的要求。
所述步骤(3)中所述n的取值在10-40。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)成本较低，基于发动机震动传感器，无需额外装置；
(2)可同时检测发动机爆震与早燃的发生。
附图说明
图1是小型强化汽油机发生早燃的工况区域图；
图2是本发明实施例的震动信号处理流程图；
图3是本发明实施例的用于检测爆震和早燃的方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
图1是典型小型强化发动机发生早燃的工况区域图。如图1所示，早燃通常发生在低速大负荷工况下，此时缸内气体流动较弱，可燃混合气在缸内停留时间较长，同时发动机具有较大的热负荷，因此在早燃易发生的区域进行早燃检测是非常有必要的。另外，当发动机处于高速或小负荷工况时，发生早燃的条件难以满足，几乎不会发生早燃，因此在这类工况下并没有进行早燃检测的必要。
图2是本发明实施例的震动信号处理流程图。特定曲轴转角的震动信号首先由发动机震动传感器进行采集，并对上述震动信号进行放大、滤波处理，控制器用于接收上述经过处理的震动信号，并计算和记录该燃烧循环震动信号的峰值大小(即震荡峰值A)及峰值对应的相位(即峰值相位)，并基于该震动信号判断该循环是否发生早燃或爆震。若控制器的判断结果为早燃或者爆震，则由控制器发出信号给相应执行器，对早燃或爆震进行抑制。
图3是本发明实施例的用于检测爆震和早燃的方法流程图。根据流程图，首先对工况进行判断，当控制器(如ECU)检测到发动机处于低速大负荷工况时，则需要对早燃进行检测。本发明所公开的检测发动机早燃和爆震的方法包括以下步骤：
(A1)获取特定曲轴转角范围内的震动信号，对震动信号进行放大和滤波并计算信号的震荡峰值A和峰值相位将检测到的峰值与相位同预先标定好的爆震阈值Ak、早燃阈值As进行比较；
(A2)所述测量震动信号峰值大于早燃阈值则认为是早燃循环；若所测幅值处于爆震阈值和早燃阈值之间，则推迟点火时刻作进一步判断；若所测幅值小于爆震阈值，则认为是正常燃烧循环。
优选地，在本发明所公开的检测发动机早燃和爆震的方法中，步骤(A1)中早燃震荡峰值阈值As和爆震震荡峰值阈值Ak，以及相位差阈值由台架试验预先标定；其中Ak需满足能区分95％以上的爆震循环和正常循环的要求，As和的确定需满足能识别几乎全部早燃循环的要求。
在步骤(A1)中，优选地，所述震动信号的采集曲轴转角范围为-20°CA—40°CA(CA为Crank Angle Degree的缩写)。
优选地，步骤(A2)进一步包括以下步骤：基于滤波后震动信号的震荡峰值A和峰值相位将震荡峰值A与早燃震荡阈值AS进行比较，同时将峰值相位与正常燃烧峰值相位之差与相位差阈值进行比较，若上述二者中有其一超出阈值，则认为该循环为早燃循环；若震荡峰值A小于早燃阈值AS而大于爆震阈值Ak，同时小于此时可能是普通爆震也可能是轻度早燃，则将点火时刻推迟，在接下来n个循环中是否再次出现A>Ak，若未出现则此时已经为正常燃烧，若再次出现则此时认为是轻度早燃；若A<Ak，则此循环为正常循环。
在上面公开的方案中，优选地，当Ak<A<As时，推迟点火后，需要检测的循环数n取值在10—40之间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，还可对所述方式进行各种修改、变化和替换。应当指出，在不超出本发明基本原理的前提下，所做的改变也应处于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于震动的早燃和爆震检测系统，其特征在于，包括震动传感器和控制器，所述震动传感器安装于发动机上，用于检测发动机特定曲轴转角范围内的震动信号，并将检测到的震动信号传送到所述控制器中；所述控制器用于接收震动传感器发送的震动信号，计算并记录该燃烧循环震动信号的峰值大小及峰值所对应的相位，以通过该震动信号判断是否发生早燃和爆震。
2.根据权利要求1所述一种基于震动的早燃和爆震检测系统，其特征在于，所述震动信号传送至所述控制器前进行放大操作和滤波操作。
3.根据权利要求1所述一种基于震动的早燃和爆震检测系统，其特征在于，所述曲轴转角范围为-20℃A—40℃A。
4.根据权利要求1所述一种基于震动的早燃和爆震检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取特定曲轴转角范围内的震动信号，对震动信号进行放大和滤波后通过计算得到其震荡峰值A和峰值相位将震荡峰值A和峰值相位与相位同预先标定好的爆震阈值Ak、早燃阈值AS和相位差阈值进行比较；
(2)将震荡峰值A与早燃阈值AS进行比较，同时将峰值相位与正常燃烧峰值的相位之差同相位差阈值进行比较，若A>AS或则该循环为早燃循环；
(3)若Ak<A<As且则该循环为爆震循环或早燃循环，推迟点火时刻，确认在接下来的n个循环中是否再次出现A>Ak，若未出现则此时为正常燃烧循环，若出现则是早燃循环；
(4)若A<Ak，则该循环为正常燃烧循环。
5.根据权利要求4所述一种基于震动的早燃和爆震检测系统的检测方法，其特征在于，所述早燃阈值As、爆震阈值Ak和相位差阈值由台架试验预先标定；其中Ak满足区分95％以上的爆震循环和正常燃烧循环的要求，As和满足识别全部早燃循环的要求。
6.根据权利要求4所述一种基于震动的早燃和爆震检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述n的取值在10-40。
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