CN114739572A - 一种汽油发动机的爆震标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽油发动机的爆震标定方法，包括S1，运行所述发动机至爆震工况和非爆震工况，采集所述发动机运行时震动数据；S2，将所述震动数据进行离线处理，获取差异最明显的频率；S3，将所述频率写入爆震控制单元，保留采集所述频率最清晰的采集装置；S4，使爆震信号完整的处于爆震窗口之内；S5，将爆震窗口的长度及起始时间写入爆震控制单元；S6，根据爆震积分信号的强度调节爆震积分限值的大小；S7:将所述爆震积分限值写入爆震控制单元，将S3中所保留的采集装置拆除并安装爆震传感器。本发明在标定后爆震传感器安装在震动信号测量最清晰的位置，测量精度高。批产后爆震控制参数来源于最优爆震传感器安装位置，爆震控制精度更高。

Description

一种汽油发动机的爆震标定方法
技术领域
本发明涉及发动机爆震检测技术领域，具体涉及一种汽油发动机的爆震标定方法。
背景技术
汽油发动机在负荷增大后，超过爆震临界点会产生爆震现象。在发动机大负荷时，燃烧室内一部分区域的混合气温度非常高，在火花塞产生的燃烧火焰峰面还没到达这些区域时，这些区域的混合气已经自燃。自燃产生的火焰峰面和火花塞火核扩散燃烧产生的火焰峰面相撞生成压力波，这种压力波以超音速向前推进，撞击燃烧室壁、活塞、气缸壁而使之振动，发出尖锐的敲击声，这种现象就是爆震。发动机爆震时不采取相应措施会给气缸、活塞等零部件的寿命带来挑战，严重爆震很可能会直接损坏发动机。
爆震控制标定指的是通过试验获取发动机爆震相关信息，并写入爆震控制单元。使发动机控制系统能够根据爆震传感器传来的震动信号准确识别当前发动机所处的工况，如处在爆震工况则进行推后点火提前角等动作保护发动机，使其运转在安全区域。
现有技术中爆震控制标定大多根据缸内压力传感器测量的缸压变化，通过分析爆震发生时刻缸压的波动状态，进行爆震芯片开窗时刻、持续周期、中心频率的设置。例如中国专利申请，申请号为CN200810225389.4，发明名称发动机的爆震标定方法，包括：启动发动机；变化发动机的点火提前角，并同步测量发动机的缸压和发动机的曲轴旋转角；基于测量的缸压和曲轴旋转角，计算发动机的平均指示压力；获得所述点火提前角与所述平均指示压力之间的函数关系；以及获得发动机的发生爆震的临界状态所对应的点火提前角，由此标定发动机发生爆震的点火提前角。现有技术的主要缺点为缸压传感器为穿孔式或火花塞式，均需安装在发动机气缸顶部，仅在开发时使用，发动机批产后无此配置。发动机爆震控制单元需要通过安装在发动机缸体上的爆震传感器的测量信号进行爆震相关控制。由于测量位置不同，故通过缸压传感器建立的相关参数并不能完全反应出批产发动机的运行状态，在爆震控制上的精准度较低，会导致后续的爆震判定出现漏判及误判风险。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种汽油发动机的爆震标定方法，标定后爆震传感器安装的位置经过合理性诊断，位于震动信号测量最清晰的位置，测量精度高。爆震控制参数来源于最优爆震传感器安装位置，相较于传统的缸压传感器获得相关参数，发动机批产后爆震控制精度更高，一致性更好。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种汽油发动机的爆震标定方法，包括S1，将发动机安装在试验台架上；在发动机缸体的不同位置上安装多个采集装置，多个所述采集装置与测量装置电联接；运行所述发动机至爆震工况和非爆震工况，并通过多个所述采集装置采集所述发动机运行时震动数据；S2，将所述震动数据进行离线处理，获取发动机爆震工况与非爆震工况振幅差异最明显的频率；S3，将所述频率写入爆震控制单元，保留采集所述频率最清晰的采集装置；S4，再次运行发动机至爆震工况，通过测量装置调节爆震窗口的长度及起始时间，使爆震信号完整的处于爆震窗口之内；S5，将爆震窗口的长度及起始时间写入爆震控制单元；S6，根据爆震积分信号的强度调节爆震积分限值的大小；S7，将所述爆震积分限值写入爆震控制单元，将S3中所保留的采集装置拆除并安装爆震传感器。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述S3中，写入爆震控制单元的频率有三组，三组所述频率根据发动机不同的转速给与不同的加权系数。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述S4中，爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间1℃A-3℃A。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间2℃A。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述S5中还包括S51，调节发动机至非爆震工况，采集震动信息，并将所述震动信息写入爆震控制单元。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述S6中，爆震积分限值为爆震积分信号的2.5-4倍。
作为本发明的一个优选的技术方案：多组所述采集装置为四组，所述测量装置为m+p测量硬件和与之电连接的计算机。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述采集装置为加速度传感器。
本发明具有以下有益效果：
1、标定后爆震传感器的安装位置经过合理性诊断，位于震动信号测量最清晰的位置，测量精度高。爆震控制参数来源于最优爆震传感器安装位置，相较于传统的缸压传感器获得相关参数，发动机批产后爆震控制精度更高，一致性更好。
2、相对于传统一种中心频率的标定，本申请支持多种震动频率选择，且能够根据发动机转速不同匹配不同加权系数。
3、检测过程中利用高精度加速度传感器测量震动信息，相较于传统用发动机自带爆震传感器测量震动信息，得到的震动参数抗干扰能力强，可靠性更好。
4、能够排除发动机自身机械部件震动带来的干扰，发动机爆震误判率更低。
附图说明
图1为本发明整体流程示意图；
图2为本发明中发动机安装结构示意图；
图3为震动频率信息图；
图4为爆震窗口信息图；
图5为无爆震时爆震积分信号和爆震积分限值的信息图；
图6为有爆震时爆震积分信号和爆震积分限值的信息图。
图2中，1、发动机，2、测功机，3、高精度加速度传感器，4、m+p测量硬件，5、计算机。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种汽油发动机的爆震标定方法，将发动机安装在试验台架上；试验台架为现有技术中的发动机试验台架，包括主要由测量控制系统、试验对象以及相关的辅助系统构成。测量控制系统主要就是测功机，通过它来读取发动机的动力输出数值，同时通过测量控制系统来对发动机施加相应的负荷，包括交变应力、交变热负荷等来模拟发动机在实际状况下可能遇到的情况，从而检验其可靠性。在进行整机的台架试验时，发动机是没有附带水箱散热器、油箱等部件的，所以就需要辅助系统来代替这些部件，使得发动机可以进行完整的水循环、燃料系统的供应等。发动机与试验台架的测功机相连接后，在发动机缸体的不同位置上安装多个采集装置，多个采集装置与测量装置电联接，由于采集装置在缸体上的位置不同也会导致其检测到的震动信号强度不同，多个采集装置的设置便于筛选出震动信号最清晰的位置。测量装置优选为m+p测量硬件和与之电连接的计算机，运行发动机至爆震工况和非爆震工况，并通过多个采集装置采集发动机运行时震动数据；S2，将震动数据进行离线处理，获取发动机爆震工况与非爆震工况振幅差异最明显的频率；S3，将频率写入爆震控制单元，保留采集频率最清晰的采集装置；S4，再次运行发动机至爆震工况，通过测量装置调节爆震窗口的长度及时间，使爆震信号完整的处于爆震窗口之内；将爆震窗口的长度及起始时间写入爆震控制单元；S5，根据爆震积分信号的强度调节爆震积分限值的大小；S6:将爆震限值写入爆震控制单元，将S3中所保留的采集装置拆除并安装爆震传感器。通过上述步骤，标定后爆震传感器的安装位置经过合理性诊断，位于震动信号测量最清晰的位置，测量精度高；且在发动机批产后，爆震控制参数来源于最优爆震传感器安装位置，相较于传统的缸压传感器获得相关参数，发动机批产后爆震控制精度更高，一致性更好。
其中，多组采集装置优选为四组，安装在发动机缸体的不同位置上，采集装置为加速度传感器。优选为高精度加速度传感器，利用高精度加速度传感器测量震动信息，能够采集出发动机爆震时最为明显的震动频率、震动发生时间、震动持续时间等。同时采集出的参数符合发动机真实运行状态，给发动机爆震控制的准确性提供了有效保障。相较于传统用发动机自带爆震传感器测量震动信息，得到的震动参数抗干扰能力强，可靠性更好。
由于发动机在不同转速、不同负荷下气缸内汽油燃烧所做的功不同，会导致缸体震动的频率不同；因此在S3中写入爆震控制单元的频率为多组，即根据实际检测情况，将爆震工况和非爆震工况时区分度明显的频率写入爆震控制单元，并根据发动机转速给与不同加权系数，本申请中优选为三组。相对于传统一种中心频率的标定，支持多种震动频率选择，且能够根据发动机转速不同匹配不同加权系数。
S4中爆震窗口的作用是针对爆震信号进行积分处理，而爆震窗口长度及起始时间就决定了爆震控制单元进行积分计算的始末。其中窗口长度及起始时间用发动机转速传感器测量的曲轴转角的角度来表示，当发动机第1气缸处于压缩上止点时，为0℃A。爆震窗口的长度由发动机在固定转速下负荷最大工况点，即外特性工况下爆震信号的持续时间来决定；为了使得爆震窗口的长度能够覆盖爆震窗口持续时间，爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间1℃A-3℃A。本申请中，优选爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间2℃A。
为了明确发动机未发生爆震时原始震动信号的波动范围，排除发动机运行时自身机械部件及环境震动带来的干扰，防止爆震控制单元做出错误判断。S5中还包括S51，调节发动机至非爆震工况，采集震动信息，即采集装置将采集的发动机非爆震工况下的震动信号进行积分处理，并计算积分信号的标准差，将标准差最大值及最小值作为震动信息写入爆震控制单元。为了使爆震控制单元能够检测出该爆震信息，进而进行相关保护动作，在S6中根据爆震积分信号的强度在线调节爆震积分信号限值的大小，将爆震积分信号限值设置为爆震积分信号的2.5-4倍。设置爆震积分信号限值时需运行发动机至不同转速，不同负荷，使限值的覆盖性达到最优。
以四缸汽油发动机为例，其爆震标定方法的具体步骤为：S1，如图2所示，将发动机1安装在试验台架上，与测功机2相连，确保气路、水路、油路及其他各项参数无异常，保证发动机可正常运转。将四组高精度加速度传感器3安装在发动机1的缸体上的备选安装位置一、备选安装位置二、备选安装位置三、备选安装位置四，同时电连接到m+p测量硬件4上。将m+p测量硬件4与计算机5相连接，运转发动机1，在发动机1不同转速及不同负荷下，四组高精度加速度传感器3分别采集无爆震及有爆震工况下的震动数据。
S2，将四组高精度加速度传感器采集的震动数据离线进行傅立叶(FFT)变换，对比爆震工况及非爆震工况下振幅差异明显的震动频率。
S3，如图3所示将爆震工况与非爆震工况下区分度明显的16000Hz、21000Hz、24000Hz的频率，配合不同转速下的加权系数写入爆震控制单元。备选位置一的加速度传感器测量出的震动信号更为清晰，将备选位置一的高精度加速度计信号引入m+p测量硬件。
S4,运行发动机至爆震工况，在线调整爆震窗口的长度以及起始时间。如图4所示，爆震信号持续时间为25℃A-35℃A，则爆震窗口长度为10℃A，起始时间为25℃A；为了确保爆震信号全部位于爆震窗口之内，爆震窗口长度加长为12℃A，爆震窗口的起始时间提前为23℃A。通过该方式完成各转速下爆震窗口长度及起始时间的设置。
S5，将上述爆震窗口长度及起始时间写入爆震控制单元后，将备选位置一的高精度加速度计信号引入m+p测量硬件，运行发动机至非爆震工况，进行震动信号采集，之后将采集的震动信号进行积分处理，并计算积分信号的标准差，将标准差最大值及最小值写入爆震控制单元。
S6,完成上述试验后，运行发动机至爆震及非爆震工况，根据爆震积分信号的强度在线调节爆震积分信号限值的大小。如图5所示，设置积分信号限值为爆震积分信号的2.5-4倍，将运行发动机至不同转速，不同负荷，使限值的覆盖性达到最优。如图6所示，若发动机发生爆震时，爆震积分信号迅速增大，超过限值，爆震控制单元即可检测出该爆震信息，进而进行相关保护动作。
S7，将爆震积分限值写入爆震控制单元，同时将爆震传感器安装到备选安装位置一，至此完成汽油四缸发动机的爆震标定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：包括S1，将发动机安装在试验台架上；在发动机缸体的不同位置上安装多个采集装置，多个所述采集装置与测量装置电联接；运行所述发动机至爆震工况和非爆震工况，并通过多个所述采集装置采集所述发动机运行时震动数据；S2，将所述震动数据进行离线处理，获取发动机爆震工况与非爆震工况振幅差异最明显的频率；S3，将所述频率写入爆震控制单元，保留采集所述频率最清晰的采集装置；S4，再次运行发动机至爆震工况，通过测量装置调节爆震窗口的长度及起始时间，使爆震信号完整的处于爆震窗口之内；S5，将爆震窗口的长度及起始时间写入爆震控制单元；S6，根据爆震积分信号的强度调节爆震积分限值的大小；S7，将所述爆震积分限值写入爆震控制单元，将S3中所保留的采集装置拆除并安装爆震传感器。
2.根据权利要求1所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述S3中，写入爆震控制单元的频率有三组，三组所述频率根据发动机不同的转速给与不同的加权系数。
3.根据权利要求1所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述S4中，爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间1°CA-3°CA。
4.根据权利要求3所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述爆震窗口的长度大于爆震窗口持续时间2°CA。
5.根据权利要求1所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述S5中还包括S51，调节发动机至非爆震工况，采集震动信息，并将所述震动信息写入爆震控制单元。
6.根据权利要求1所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述S6中，爆震积分限值为爆震积分信号的2.5-4倍。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：多组所述采集装置为四组，所述测量装置为m+p测量硬件和与之电连接的计算机。
8.根据权利要求7所述的一种汽油发动机的爆震标定方法，其特征在于：所述采集装置为加速度传感器。
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