CN108915883A - 一种火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法，其信号处理模块与超级爆震检测区域选取模块的输入端相连，爆震检测区域选取模块和信号处理模块的输出端与背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输入端相连，背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输出端与爆震计算判定模块的输入端相连。爆震计算判定模块用以将爆震功率信号输出到爆震判定模块对爆震强度进行判定，判定阈值修正模块用以预判超级爆震的发动机运行参数阈值。能根据发动机各项运行参数，通过对发动机超级爆震强度的判断，针对超级爆震采取相应措施进行抑制，有效减少超级爆震的发生，延长发动机的使用寿命，提高汽车的经济性、可靠性及安全性。

Description

一种火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法。

背景技术

汽油机作为一种通过燃料在燃烧室内燃烧将化学能转化为动能输出的机械装置，有着高升功率、低噪声及质量轻巧等优点，成为机动车的主要动力选择之一。汽油机的小型化是指利用增压、直喷等技术，在不增加发动机排量的前提下，提升发动机性能、提高热效率、降低排放。因此，汽油机小型强化技术是现实且有效的节能减排途径。但是，随着小型强化程度的提高，发动机产生爆震燃烧的趋势也大幅增加。爆震燃烧将导致一系列不正常的后果，使汽油机的小型化强化强度受到了限制。同时，爆震的产生对发动机的性能、可靠性及安全性都会产生不良影响，是目前增压汽油机提升功率和降低燃油消耗率遇到的主要障碍。

当前，判定爆震现象的普遍应用的方法，包括：测量燃烧噪声法、测量气缸压力法、测量机体振动法等检测方法。现有的测量机体振动法仍存在很大不足，发动机未发生爆震时的背景振动会影响爆震信号的采集与处理，使得到的爆震强度会有较大偏差。同时，大部分测量通常会采用固定爆震判定阈值，但是真实判定阈值会受到多种因素影响，因此，如何识别是否发生超级爆震，进而可以采取相应的措施来抑制超级爆震的产生，减小超级爆震破坏力，对于发动机研究具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法，根据发动机各项运行参数，通过对发动机超级爆震强度的判断，针对超级爆震采取相应措施进行抑制，有效减少超级爆震的发生，延长发动机的使用寿命，提高汽车的经济性、可靠性及安全性。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，包括爆震检测区域选取模块、信号处理模块、爆震计算判定模块、判定阈值修正模块以及背景振动评估模块。信号处理模块与超级爆震检测区域选取模块的输入端相连，爆震检测区域选取模块和信号处理模块的输出端与背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输入端相连，背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输出端与爆震计算判定模块的输入端相连。爆震检测区域选取模块根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域，爆震计算判定模块用以将爆震功率信号输出到爆震判定模块对爆震强度进行判定，判定阈值修正模块用以预判超级爆震的发动机运行参数阈值，背景振动评估模块用以估算背景振动值。通过获取缸体振动信号，并根据爆震强度，判定发动机在规定的运行区间内是否发生超级爆震，并输出控制信号。

按上述技术方案，所述信号处理模块包括转速传感器与发动机转速信号处理器、凸轮轴位置传感器与凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置传感器与曲轴位置信号处理器、火花点火时刻传感器与火花点火时刻信号处理器、发动机负荷传感器与发动机负荷信号处理器。发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输入端分别与布置在发动机上的转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器的输出端相连，发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输出端与微控制器相连。信号处理模块输出发动机转速信号、凸轮轴位置信号、火花点火时刻信号以及发动机负荷信号。

按上述技术方案，所述爆震检测区域选取模块包括爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元、点火提前角区域选取单元和爆震监测区域选取单元。爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输入端与信号处理模块的输出端相连，点火提前角区域选取单元的输入端与点火提前角设定单元的输出端相连，爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输出端与点火提前角区域选取单元的输入端相连，进而确定爆震监测区域控制信号。爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元根据信号处理模块输出的信号即发动机转速信号处理器输出的发动机转速信号、凸轮轴位置信号处理器输出的凸轮轴位置信号、曲轴位置信号处理器输出的曲轴位置信号、火花点火时刻信号处理器输出的火花点火时刻信号以及发动机负荷信号处理器输出的发动机负荷信号进行分析，分别得到爆震发生时刻，曲轴位置信息和点火提前角区域的设定，根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域。

由于在发动机排气冲程、进气冲程、压缩冲程初期均不会发生爆震，因此在这些范围中，超级爆震监测系统就无需实时进行爆震监测。设定一个检测的区间范围，控制单元仅需在该区间内进行爆震监测，不但减少了超级爆震监测系统的工作量，也减少了对发动机爆震的误判。针对发动机的不同运行工况，点火提前角设定单元根据发动机转速、负荷等综合因素设定不同点火提前角。在得到点火提前角信息后，爆震区域选取模块根据发动机转速、点火提前角信息以点火提前角为起点，向前、向后各设定一个检测区域，仅在该区域中进行发动机爆震检测。

按上述技术方案，所述背景振动评估模块包括快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器、低频带通滤波器、背景振动强度计算单元和爆震强度计算单元。爆震信号处理器的输出端分别与爆震检测区域选取模块和爆震判定阀值修正模块的输入端相连。爆震检测区域选取模块分别与发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端以及未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端相连，发生爆震情况下的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与高频带通滤波器的输入端相连；未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与低频带通滤波器的输入端相接。高频带通滤波器的输出端与微控制器上的爆震强度计算单元的输入端相接，低频带通滤波器的输出端与微控制器上的背景振动强度计算单元的输入端相接；背景振动强度计算单元的输出端与爆震强度计算单元的输入端相接。根据爆震检测区域选取模块输出的爆震监测区域信号，微控制器获得爆震监测区域的范围，确定爆震与未爆震的时间窗口，将截取到的振动信号输入到快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器和低频带通滤波器，将低频振动信号输入背景振动强度计算单元，将高频振动信号和获得的低频信号强度输入微控制上的器爆震强度计算单元，从而获得除去背景振动的爆震强度信号。

发动机在进行换气、喷油过程中，进气门与排气门在关闭时会与气门座圈产生撞击，高压油泵在开启和关闭的时刻，也会产生振动，这些部件的振动频率和幅值会随着发动机所处的工况变化而变化。微控制器需要对两类燃烧窗口或者两个不同数据部分进行分析处理，分别为背景振动信号(发动机未发生爆震时)和爆震信号(包含发动机爆震行为或预计有爆震行为)。这两种不同数据组产生两种不同的振动信号输出：背景振动M和爆震m。背景振动M是针对正常发动机操作(未发生爆震时)得到的平均爆震传感器信号输出数据，这些数据被保存为基线发动机背景振动。微控制器综合处理发动机瞬态和系统性能变化，保证每个发动机正常循环内均能实现数据更新。爆震m是针对发动机发生爆震行为或预计有爆震行为时得到的爆震信号数据，这些数据用于爆震强度的计算。

按上述技术方案，所述爆震计算判定模块包括爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元与爆震功率信号比较单元。背景振动评估模块的输出端分别与爆震功率信号积分单元和爆震功率信号最大值选取单元的输入端相接，爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元的输出端分别与各自的爆震功率信号比较单元的输入端相接。将背景振动评估模块获得的除去背景振动的爆震强度信号分别输入爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元，获得爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值，再通过各自的爆震功率信号比较单元，将爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值与基线值和阈值的比较来确定是否发生爆震。爆震传感器将爆震信号输入微控制器，微控制器中包含爆震强度计算部和爆震判定部。爆震强度计算部利用快速傅里叶变换单元(FFT)、功率转变单元、高频带通滤波器、低频带通滤波器将爆震频率信号转变成爆震信号的功率值，将爆震功率信号输出到爆震判定部。爆震判定部基于爆震信号功率的爆震算法对爆震强度进行判定：爆震信号经过快速傅里叶变换单元(FFT)得到振动频率信号，再利用功率转化模块，根据功率谱密度得到爆震信号的功率随频率的变化情况，利用参数化功率谱估计算法准确估计爆震特征频率。将爆震信号通过频带过滤器，按照频率段不同，分出背景振动信号与爆震信号，微控制器计算得到除去背景振动的爆震信号，随后得到每个工作循环的爆震信号的功率峰值即爆震峰值和爆震信号的功率积分值即爆震能量。将爆震峰值与预定义的不同转速下的阈值进行比较。如果某工作循环下爆震峰值除以预定义的比值系数大于基线值，同时爆震能量除以预定义的比值系数大于基线值，此外爆震峰值必须超过相应转速下的绝对阈值，则此循环判定为爆震。

按上述技术方案，所述爆震判定阈值修正模块包括爆震强度最大值选取单元、爆震强度累计单元、爆震传感器和爆震判定阈值修正系数确定单元。爆震强度最大值选取单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第一输入端相接；爆震强度累计单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第二输入端相接；爆震传感器的输出端经过爆震信号处理器与爆震判定阈值修正系数确定单元第三输入端相接。微控制器通过爆震强度最大值选取单元和爆震强度累计单元分别获得爆震强度最大值与爆震强度累计值，通过利用爆震传感器、发动机转速传感器获取的信息获得爆震强度衰减率及容许时间，爆震判定阈值修正系数确定单元利用这些信息来确定阈值修正系数，对爆震判定阈值进行修正。预判超级爆震的发动机运行参数阈值，可以采用根据经验设定阈值，还可以采用由微控制器对发生超级爆震时发动机运行参数数据进行统计，将发生超级爆震频率最高的发动机运行参数设为阈值。爆震判定阈值修正模块在发动机转速大时，判定期间间隔变短，上一爆震缸的振动残存至下一气缸的判定期间，使下一气缸的振动强度超过判定阈值。这种情况下，存在尽管下一气缸中未发生爆震，但误判定为发生爆震的可能性。因此，应及时校正下一气缸在判定处理中使用的判定阈值。微控制器综合分析发动机振动强度波形、振动强度峰值、振动强度衰减率以及上一爆震缸振动强度峰值至下一气缸爆震判定开始所需时间即容许时间，得到随发动机运行状态变化而适应改变的爆震判定阈值修正系数。实时对发动机爆震判定阈值进行校正，更准确地进行下一缸爆震判定处理。

按上述技术方案，所述微控制器的输出端分别与爆震气缸确定单元、喷油控制单元、扭矩控制单元和点火控制单元的输入端连接，爆震气缸确定单元的输出端与微控制器的输入端连接。爆震信号经过所述爆震计算判定模块处理后，微控制器输出爆震控制信号进入爆震气缸确定单元、喷油控制单元、扭矩控制单元和点火控制单元。爆震气缸确定单元利用凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器，获取凸轮轴位置信息与曲轴位置信息，确定发动机的相位，结合爆震判定部输出对爆震的判定信号，对发动机发生爆震的气缸进行判断。喷油控制单元根据微控制器发出的控制信号，控制喷油器喷油量的多少，改变混合气的浓度，减少爆震的发生。扭矩控制单元通过减少发动机输出的扭矩，减小燃烧缸内的温度、压力增高率和增高速率，减少末端混合气发生自燃，抑制爆震的发生。点火控制单元通过调节点火正时，防止混合气过早的燃烧，降低末端混合气自燃的可能性，抑制爆震的发生。

一种火花点火式发动机超级爆震抑制方法的步骤如下：

一、布置于发动机上的爆震传感器、转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器获取发动机的运行状态信号分别输入到发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器后，发动机信号处理模块将发动机运行状态参数输入微控制器。

二、经爆震判定部的计算判定后，将其判定结果输入到爆震信号处理器，经过爆震信号处理器的处理后得到爆震强度大小，并将爆震信号输入微到控制器中。

三、微控制器根据输入的发动机运行状态参数与发动机爆震信号，通过爆震气缸确定单元利用凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器，检测凸轮轴位置与曲轴位置，获取发动机的相位，对发生爆震的气缸进行判断。同时微控制器对发生爆震的气缸输出爆震控制信号，对爆震进行抑制操作。

四、微控制器根据设定爆震次数临界值，对爆震强度进行分级划分，定义为轻微爆震、中等爆震和剧烈爆震，并对爆震采用不同的措施进行分级调节。

五、选取剧烈爆震的强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，经爆震判定后如果超级爆震次数特别多，大于最高设定次数，定义为气缸产生剧烈爆震，则微控制器输出断油控制信号给浓度控制单元，降低混合器浓度以降低气缸内最高燃烧压力与温度，进而降低爆震的剧烈强度；

六、选取中等爆震强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，经爆震判定后如果超级爆震次数中等，位于第一设定次数和第二设定次数之间，定义为中度爆震，则微控制器输出扭矩控制信号给扭矩控制单元，减小输出负荷，降低发动机输出的扭矩进而降低爆震的强度；

七、选取轻微爆震强度指标，并把爆震强度与轻微爆震强度指标进行对比，经爆震判定后如果超级爆震次数较少，小于第三设定次数，定义为轻微爆震，则微控制器输出点火控制信号给点火控制单元，推迟点火正时使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值延迟以降低发动机爆震的强度。

八、选取不爆震时的强度指标，并把爆震强度与设定的指标进行对比，经爆震判定后如果小于第四次设定的值，则定义为发动机不发生爆震。同时为了尽可能发挥发动机的功效，在不产生爆震的判定持续预定期间的情况下，使发动机下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值提前。根据这样的点火正时的控制，在可容许的等级内，容许爆震的产生并且尽量使点火正时提前，由此能够有效地发挥内燃机的燃料经济性能及输出性能。

本发明提供的一种新型火花点火式发动机超级爆震监测系统及抑制方法，通过对超级爆震强度或发动机运行参数的判断，有效抑制超级爆震继续发生，降低超级爆震发生的现象，延长发动机的使用寿命，提高汽车的经济性、可靠性及安全性。

附图说明

图1为本发明的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统工作流程示意图。

图2为本发明的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统结构示意图。

图3为本发明的爆震检测区域选取模块结构示意图。

图4为本发明的背景振动评估模块结构示意图。

图5为本发明的爆震计算判定模块结构示意图。

图6为本发明的爆震判定阈值修正模块结构示意图。

图7为本发明的一种火花点火式发动机超级爆震抑制方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

传感器可以包括：安装在发动机上的爆震传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、转速传感器、油门开度传感器、气体浓度传感器、水温传感器。还可以包括其他传感器，尽可能对发动机的运行参数进行采集。

对一种火花点火式发动机超级爆震监测系统的实施方式如下：

如图1所示，包括爆震检测区域选取模块、爆震计算判定模块、判定阈值修正模块以及背景振动评估模块。实现了对缸体振动信号的获取，并根据爆震强度，判定发动机在规定的运行区间内是否发生超级爆震，并输出控制信号。控制流程如下：在微控制器的控制下，超级爆震检测区域选取模块根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域，输出爆震检测区域控制信号；背景振动评估模块接收爆震检测区域控制信号，将传感器采集到的爆震信号通过一系列处理，除去背景振动信号，获得真正爆震强度；将爆震强度输入到爆震计算判定模块，微控制器中的爆震强度计算部和爆震判定部对爆震强度进行判断，结合判定阈值修正模块确定的爆震判定阈值修正系数，判定爆震是否发生，输出爆震控制信号。

如图2所示，发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输入端与布置于发动机上的转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器的输出端相连，发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器以及火花点火时刻信号处理器的输出端与超级爆震检测区域选取模块的输入端相连，背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输入端与爆震检测区域选取模块和爆震信号处理器的输出端相连，爆震计算判定模块的输入端与背景振动评估模块、判定阈值修正模块和爆震信号处理器的输出端相连。

如图3所示，爆震信号处理器的输出端分别与爆震检测区域选取模块和爆震判定阀值修正模块的输入端相连。爆震检测区域选取模块分别与发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端、以及未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端相连，发生爆震情况下的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与高频带通滤波器的输入端相连；未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与低频带通滤波器的输入端相接。高频带通滤波器的输出端与微控制器上爆震强度计算单元的输入端相接，低频带通滤波器的输出端与微控制器上背景振动强度计算单元的输入端相接；背景振动强度计算单元的输出端与爆震强度计算单元的输入端相接。根据爆震检测区域选取模块输出的爆震监测区域信号，微控制器获得爆震监测区域的范围，确定爆震与未爆震的时间窗口，将截取到的振动信号输入到快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器和低频带通滤波器，将低频振动信号输入背景振动强度计算单元，将高频振动信号和获得的低频信号强度输入微控制器爆震强度计算单元，从而获得除去背景振动的爆震强度信号。

如图4所示，微控制器需要对两类燃烧窗口或者两个不同数据部分进行分析处理，分别为背景振动信号(发动机未发生爆震时)和爆震信号(包含发动机爆震行为或预计有爆震行为)。这两种不同数据组产生两种不同的振动信号输出：背景振动M和爆震m。背景振动A是针对正常发动机操作(未发生爆震时)得到的平均爆震传感器信号输出数据，这些数据被保存为基线发动机背景振动。微控制器综合考虑发动机瞬态和系统性能变化，保证每个发动机正常循环内均能实现数据更新。爆震m是针对发动机发生爆震行为或预计有爆震行为时得到的爆震信号数据，这些数据用于爆震强度的计算。

如图5所示，背景振动评估模块的输出端分别与爆震功率信号积分单元和爆震功率信号最大值选取单元的输入端相接；爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元的输出端分别与各自的爆震功率信号比较单元的输入端相接。将背景振动评估模块获得的除去背景振动的爆震强度信号分别输入爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元，获得爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值，再通过各自的爆震功率信号比较单元，将爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值与基线值和阈值的比较来确定是否发生爆震。

微控制器基于爆震信号功率的爆震算法对爆震强度进行判定，在实际应用中，爆震计算判定模块可采用单片机和采集模块组成，通过采集模块对爆震传感器的信号进行采集，并由单片机进行分析判断，如果某工作循环下爆震峰值除以预定义的比值系数大于基线值，同时爆震积分除以预定义的比值系数大于基线值，此外爆震峰值必须超过相应转速下的绝对阈值，则此循环判定为爆震，则单片机输出超级爆震信号。当然爆震计算判定模块也可以采用其它硬件电路实现，可通过逻辑电路直接对振动信号进行判断，然后输出功率信号的积分值作为超级爆震信号。

如图6所示，爆震强度最大值选取单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第一输入端相接；爆震强度累计单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第二输入端相接；爆震传感器的输出端经过信号处理单元与爆震判定阈值修正系数确定单元第三输入端相接.微控制器通过爆震强度最大值选取单元和爆震强度累计单元分别获得爆震强度最大值与爆震强度累计值，通过利用爆震传感器、转速传感器获取的信息获得爆震强度衰减率及容许时间，爆震判定阈值修正系数确定单元利用这些信息来确定阈值修正系数，对爆震判定阈值进行修正。

如图7所示，为本发明的一种火花点火式发动机超级爆震抑制方法流程示意图。爆震强度判定单元将爆震强度信号输出到微控制器，微控制器根据发动机运行状态参数，对爆震强度进行强度判定，确定发生爆震的气缸并输出爆震控制信号。为了有效控制早燃发生，微控制器可通过降低混合气体浓度、减小输出负荷、推迟点火正时等措施进行控制超级爆震继续发生。如果所述超级爆震次数特别多，大于最高设定次数，则微控制器输出断油控制信号给所述喷油控制单元；如果所述超级爆震次数中等，位于第一设定次数和第二设定次数之间，则微控制器输出扭矩控制信号给所述扭矩控制单元，减小发动机输出的扭矩；如果所述超级爆震次数较少，小于所述第二设定次数，则微控制器输出点火控制信号给所述点火控制单元，使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值延迟。在不产生爆震的判定持续预定期间的情况下，使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值提前。根据这样的点火正时的控制，在可容许的等级内，容许爆震的产生并且尽量使点火正时提前，由此能够有效地发挥内燃机的燃料经济性能以及输出性能。

对于超级爆震次数的设定阈值，可以通过多种方式进行设定，对于第一设定值及第二设定值，通过统计发动机运行参数数据和爆震强度确定。同时，微控制器当接到所述爆震信号时，累计超级爆震次数，并输出抑制信号，统计所述发动机运行参数数据，并预判下一循环超级爆震的发动机运行参数阈值。

一种火花点火式发动机超级爆震抑制方法的步骤如下：

一、布置于发动机上的转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器获取发动机的运行状态信号分别输入到发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器后，信号处理模块将发动机运行状态参数输入微控制器。

二、经爆震判定部的计算判定后，将其判定结果输入到爆震信号处理器，经过爆震信号处理器的处理后得到爆震强度大小，并将爆震信号输入微到控制器中。

三、微控制器根据输入的发动机运行状态参数与发动机爆震信号，通过爆震气缸确定单元利用凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器，检测凸轮轴位置与曲轴位置，获取发动机的相位，对发生爆震的气缸进行判断。同时微控制器对发生爆震的气缸输出爆震控制信号，对爆震进行抑制操作。

四、微控制器根据设定爆震次数临界值，对爆震强度进行分级划分，定义为轻微爆震、中等爆震和剧烈爆震，并对爆震采用不同的措施进行分级调节。

五、选取剧烈爆震的强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，如果超级爆震次数特别多，大于最高设定次数，定义为气缸产生剧烈爆震，则微控制器输出断油控制信号给浓度控制单元，降低混合器浓度以降低气缸内最高燃烧压力与温度，进而降低爆震的剧烈强度；

六、选取中等爆震强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，如果超级爆震次数中等，位于第一设定次数和第二设定次数之间，定义为中度爆震，则微控制器输出扭矩控制信号给扭矩控制单元，减小输出负荷，降低发动机输出的扭矩进而降低爆震的强度；

七、选取轻微爆震强度指标，并把爆震强度与轻微爆震强度指标进行对比，如果超级爆震次数较少，小于第三设定次数，定义为轻微爆震，则微控制器输出点火控制信号给点火控制单元，推迟点火正时使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值延迟以降低发动机爆震的强度。

八、选取不爆震时的强度指标，并把爆震强度与设定的指标进行对比，如果小于第四次设定的值，则定义为发动机不发生爆震。同时为了尽可能发挥发动机的功效，在不产生爆震的判定持续预定期间的情况下，使发动机下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值提前。根据这样的点火正时的控制，在可容许的等级内，容许爆震的产生并且尽量使点火正时提前，由此能够有效地发挥内燃机的燃料经济性能及输出性能。

Claims (8)

1.一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：包括爆震检测区域选取模块、信号处理模块、爆震计算判定模块、判定阈值修正模块以及背景振动评估模块；信号处理模块与超级爆震检测区域选取模块的输入端相连，爆震检测区域选取模块和信号处理模块的输出端与背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输入端相连，背景振动评估模块和判定阈值修正模块的输出端与爆震计算判定模块的输入端相连；爆震检测区域选取模块根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域，爆震计算判定模块用以将爆震功率信号输出到爆震判定模块对爆震强度进行判定，判定阈值修正模块用以预判超级爆震的发动机运行参数阈值，背景振动评估模块用以估算背景振动值；通过获取缸体振动信号，并根据爆震强度，判定发动机在规定的运行区间内是否发生超级爆震，并输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述信号处理模块包括转速传感器与发动机转速信号处理器、凸轮轴位置传感器与凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置传感器与曲轴位置信号处理器、火花点火时刻传感器与火花点火时刻信号处理器、发动机负荷传感器与发动机负荷信号处理器；发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输入端分别与布置在发动机上的转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器的输出端相连，发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器的输出端与微控制器相连；信号处理模块输出发动机转速信号、凸轮轴位置信号、火花点火时刻信号以及发动机负荷信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述爆震检测区域选取模块包括爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元、点火提前角区域选取单元和爆震监测区域选取单元；爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输入端与信号处理模块的输出端相连，点火提前角区域选取单元的输入端与点火提前角设定单元的输出端相连，爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元的输出端与点火提前角区域选取单元的输入端相连，进而确定爆震监测区域控制信号；爆震时刻分析单元、曲轴位置信号分析单元、点火提前角设定单元根据信号处理模块输出的信号即发动机转速信号处理器输出的发动机转速信号、凸轮轴位置信号处理器输出的凸轮轴位置信号、曲轴位置信号处理器输出的曲轴位置信号、火花点火时刻信号处理器输出的火花点火时刻信号以及发动机负荷信号处理器输出的发动机负荷信号进行分析，分别得到爆震发生时刻，曲轴位置信息和点火提前角区域的设定，根据点火提前角位置及点火提前角前后区域确定爆震检测区域。

4.根据权利要求3所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述背景振动评估模块包括快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器、低频带通滤波器、背景振动强度计算单元和爆震强度计算单元；爆震信号处理器的输出端分别与爆震检测区域选取模块和爆震判定阀值修正模块的输入端相连；爆震检测区域选取模块分别与发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端以及未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输入端相连；发生爆震情况下的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与高频带通滤波器的输入端相连；未发生爆震时的快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转变单元的输出端与低频带通滤波器的输入端相接；高频带通滤波器的输出端与微控制器上的爆震强度计算单元的输入端相接，低频带通滤波器的输出端与微控制器上的背景振动强度计算单元的输入端相接；背景振动强度计算单元的输出端与爆震强度计算单元的输入端相接；根据爆震检测区域选取模块输出的爆震监测区域信号，微控制器获得爆震监测区域的范围，确定爆震与未爆震的时间窗口，将截取到的振动信号输入到快速傅里叶变换(FFT)单元、功率转换单元、高频带通滤波器和低频带通滤波器，将低频振动信号输入背景振动强度计算单元，将高频振动信号和获得的低频信号强度输入微控制上的器爆震强度计算单元，从而获得除去背景振动的爆震强度信号。

5.根据权利要求4所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述爆震计算判定模块包括爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元与爆震功率信号比较单元；背景振动评估模块的输出端分别与爆震功率信号积分单元和爆震功率信号最大值选取单元的输入端相接，爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元的输出端分别与各自的爆震功率信号比较单元的输入端相接；将背景振动评估模块获得的除去背景振动的爆震强度信号分别输入爆震功率信号积分单元、爆震功率信号最大值选取单元，获得爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值，再通过各自的爆震功率信号比较单元，将爆震功率信号积分值与爆震功率信号最大值与基线值和阈值的比较来确定是否发生爆震；爆震传感器将爆震信号输入微控制器，微控制器中包含爆震强度计算部和爆震判定部；爆震强度计算部利用快速傅里叶变换模块(FFT)、功率转变模快、高频带通滤波器、低频带通滤波器将爆震频率信号转变成爆震信号的功率值，将爆震功率信号输出到爆震判定部；爆震判定部基于爆震信号功率的爆震算法对爆震强度进行判定；爆震信号经过快速傅里叶变换模块(FFT)得到振动频率信号，再利用功率转化模块，根据功率谱密度得到爆震信号的功率随频率的变化情况，利用参数化功率谱估计算法准确估计爆震特征频率；将爆震信号通过频带过滤器，按照频率段不同，分出背景振动信号与爆震信号，微控制器计算得到除去背景振动的爆震信号，随后得到每个工作循环的爆震信号的功率峰值即爆震峰值和爆震信号的功率积分值即爆震能量；将爆震峰值与预定义的不同转速下的阈值进行比较；如果某工作循环下爆震峰值除以预定义的比值系数大于基线值，同时爆震能量除以预定义的比值系数大于基线值，此外爆震峰值必须超过相应转速下的绝对阈值，则此循环判定为爆震。

6.根据权利要求5所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述爆震判定阈值修正模块包括爆震强度最大值选取单元、爆震强度累计单元、爆震传感器和爆震判定阈值修正系数确定单元；爆震强度最大值选取单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第一输入端相接；爆震强度累计单元的输出端与爆震判定阈值修正系数确定单元第二输入端相接；爆震传感器的输出端经过信号处理单元与爆震判定阈值修正系数确定单元第三输入端相接；微控制器通过爆震强度最大值选取单元和爆震强度累计单元分别获得爆震强度最大值与爆震强度累计值，通过利用爆震传感器、发动机转速传感器获取的信息获得爆震强度衰减率及容许时间，爆震判定阈值修正系数确定单元利用这些信息来确定阈值修正系数，对爆震判定阈值进行修正；预判超级爆震的发动机运行参数阈值，可以采用根据经验设定阈值，还可以采用由微控制器对发生超级爆震时发动机运行参数数据进行统计，将发生超级爆震频率最高的发动机运行参数设为阈值；爆震判定阈值修正模块在发动机转速大时，判定期间间隔变短，上一爆震缸的振动残存至下一气缸的判定期间，使下一气缸的振动强度超过判定阈值；这种情况下，存在尽管下一气缸中未发生爆震，但误判定为发生爆震的可能性；因此，应及时校正下一气缸在判定处理中使用的判定阈值；微控制器综合分析发动机振动强度波形、振动强度峰值、振动强度衰减率以及上一爆震缸振动强度峰值至下一气缸爆震判定开始所需时间即容许时间，得到随发动机运行状态变化而适应改变的爆震判定阈值修正系数；实时对发动机爆震判定阈值进行校正，更准确地进行下一缸爆震判定处理。

7.根据权利要求6所述的一种火花点火式发动机超级爆震监测系统，其特征在于：所述微控制器的输出端分别与爆震气缸确定单元、喷油控制单元、扭矩控制单元和点火控制单元的输入端连接，爆震气缸确定单元的输出端与微控制器的输入端连接；爆震信号经过所述爆震计算判定模块处理后，微控制器输出爆震控制信号进入爆震气缸确定单元、喷油控制单元、扭矩控制单元和点火控制单元；爆震气缸确定单元利用凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器，获取凸轮轴位置信息与曲轴位置信息，确定发动机的相位，结合爆震判定部输出对爆震的判定信号，对发动机发生爆震的气缸进行判断；喷油控制单元根据微控制器发出的控制信号，控制喷油器喷油量的多少，改变混合气的浓度，减少爆震的发生；扭矩控制单元通过减少发动机输出的扭矩，减小燃烧缸内的温度、压力增高率和增高速率，减少末端混合气发生自燃，抑制爆震的发生；点火控制单元通过调节点火正时，防止混合气过早的燃烧，降低末端混合气自燃的可能性，抑制爆震的发生。

8.一种火花点火式发动机超级爆震抑制方法，其特征在于：包括如下步骤；

一、布置于发动机上的爆震传感器、转速传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、火花点火时刻传感器以及发动机负荷传感器获取发动机的运行状态信号分别输入到发动机转速信号处理器、凸轮轴位置信号处理器、曲轴位置信号处理器、火花点火时刻信号处理器以及发动机负荷信号处理器后，信号处理模块将发动机运行状态参数输入微控制器；

二、经爆震判定部的计算判定后，将其判定结果输入到爆震信号处理器，经过爆震信号处理器的处理后得到爆震强度大小，并将爆震信号输入微到控制器中；

三、微控制器根据输入的发动机运行状态参数与发动机爆震信号，通过爆震气缸确定单元利用凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器，检测凸轮轴位置与曲轴位置，获取发动机的相位，对发生爆震的气缸进行判断；同时微控制器对发生爆震的气缸输出爆震控制信号，对爆震进行抑制操作；

四、微控制器根据设定爆震次数临界值，对爆震强度进行分级划分，定义为轻微爆震、中等爆震和剧烈爆震，并对爆震采用不同的措施进行分级调节；

五、选取剧烈爆震的强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，经爆震判定后如果所述超级爆震次数特别多，大于最高设定次数，定义为气缸产生剧烈爆震，则微控制器输出断油控制信号给浓度控制单元，降低混合器浓度以降低气缸内最高燃烧压力与温度，进而降低爆震的剧烈强度；

六、选取中等爆震强度指标，并把爆震强度与指标进行对比，经爆震判定后如果超级爆震次数中等，位于第一设定次数和第二设定次数之间，定义为中度爆震，则微控制器输出扭矩控制信号给扭矩控制单元，减小输出负荷，降低发动机输出的扭矩进而降低爆震的强度；

七、选取轻微爆震强度指标，并把爆震强度与轻微爆震强度指标进行对比，经爆震判定后如果超级爆震次数较少，小于第三设定次数，定义为轻微爆震，则微控制器输出点火控制信号给点火控制单元，推迟点火正时使下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值延迟以降低发动机爆震的强度；

八、选取不爆震时的强度指标，并把爆震强度与设定的指标进行对比，经爆震判定后如果小于第四次设定的值，则定义为发动机不发生爆震；同时为了尽可能发挥发动机的功效，在不产生爆震的判定持续预定期间的情况下，使发动机下一循环以后的循环的点火正时相对于当前值提前；根据这样的点火正时的控制，在可容许的等级内，容许爆震的产生并且尽量使点火正时提前，由此能够有效地发挥内燃机的燃料经济性能及输出性能。