本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是內(nèi)燃機(jī)早燃和爆震的檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，由于環(huán)境和能源問題日益突出，世界各地陸續(xù)推出了日益嚴(yán)格的油耗法規(guī)，降低CO2的排放和降低燃油消耗率。因此，汽油機(jī)小型強(qiáng)化逐漸成為研究的熱點(diǎn)，汽油機(jī)小型強(qiáng)化通常采用缸內(nèi)直噴，并結(jié)合增壓技術(shù)與高壓縮比，較大幅度地改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也能保證較高的功率輸出。

然而，隨著功率密度的提高，一種在低速大負(fù)荷發(fā)生的破壞性極強(qiáng)的非正常燃燒現(xiàn)象——“超級(jí)爆震”成為了汽油機(jī)功率進(jìn)一步提高的主要障礙。超級(jí)爆震發(fā)生通常呈現(xiàn)無規(guī)律性，發(fā)生時(shí)缸內(nèi)峰值壓力可達(dá)30MPa，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的破壞性極大。清華大學(xué)王志等在研究中發(fā)現(xiàn)超級(jí)爆震是由早燃引起的，而早燃的發(fā)生并不一定導(dǎo)致超級(jí)爆震[1]。在本說明書中不嚴(yán)格區(qū)分早燃和超級(jí)爆震，都將其稱為早燃。

由于早燃的發(fā)生具有很大的破壞力，因此早燃的檢測(cè)對(duì)于小型強(qiáng)化汽油機(jī)而言具有十分重要的意義。目前商用車輛主要通過發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)傳感器對(duì)爆震進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明正是基于該震動(dòng)傳感器，提出既可檢測(cè)普通爆震又可檢測(cè)早燃的檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

參考文獻(xiàn)：

[1].王志,龍巖與王建昕,增壓汽油機(jī)中早燃和超級(jí)爆震的研究進(jìn)展.汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào),2015(1):第17-29頁.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)早燃和爆震的發(fā)生，本發(fā)明提出一種基于震動(dòng)的早燃和爆震檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，該檢測(cè)系統(tǒng)成本較低且可實(shí)際應(yīng)用于車輛中用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的早燃和爆震，

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于震動(dòng)的早燃和爆震檢測(cè)系統(tǒng)，包括震動(dòng)傳感器和控制器，所述震動(dòng)傳感器安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)上，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)特定曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的震動(dòng)信號(hào)，并將檢測(cè)到的震動(dòng)信號(hào)傳送到所述控制器中；所述控制器用于接收震動(dòng)傳感器發(fā)送的震動(dòng)信號(hào)，計(jì)算并記錄該燃燒循環(huán)震動(dòng)信號(hào)的峰值大小及峰值所對(duì)應(yīng)的相位，以通過該震動(dòng)信號(hào)判斷是否發(fā)生早燃和爆震。

所述震動(dòng)信號(hào)傳送至所述控制器前進(jìn)行放大操作和濾波操作。

所述曲軸轉(zhuǎn)角范圍為-20°CA—40°CA。

一種基于震動(dòng)的早燃和爆震檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)獲取特定曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的震動(dòng)信號(hào)，對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波后通過計(jì)算得到其震蕩峰值A(chǔ)和峰值相位將震蕩峰值A(chǔ)和峰值相位與相位同預(yù)先標(biāo)定好的爆震閾值A(chǔ)_k、早燃閾值A(chǔ)_S和相位差閾值進(jìn)行比較；

(2)將震蕩峰值A(chǔ)與早燃閾值A(chǔ)_S進(jìn)行比較，同時(shí)將峰值相位與正常燃燒峰值的相位之差同相位差閾值進(jìn)行比較，若A>A_S或則該循環(huán)為早燃循環(huán)；

(3)若A_k<A<A_s且則該循環(huán)為爆震循環(huán)或早燃循環(huán)，推遲點(diǎn)火時(shí)刻，確認(rèn)在接下來的n個(gè)循環(huán)中是否再次出現(xiàn)A>A_k，若未出現(xiàn)則此時(shí)為正常燃燒循環(huán)，若出現(xiàn)則是早燃循環(huán)；

(4)若A<A_k，則該循環(huán)為正常燃燒循環(huán)。

所述早燃閾值A(chǔ)_s、爆震閾值A(chǔ)_k和相位差閾值由臺(tái)架試驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定；其中A_k滿足能區(qū)分95％以上的爆震循環(huán)和正常燃燒循環(huán)的要求，A_s和滿足能識(shí)別全部早燃循環(huán)的要求。

所述步驟(3)中所述n的取值在10-40。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

(1)成本較低，基于發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)傳感器，無需額外裝置；

(2)可同時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震與早燃的發(fā)生。

附圖說明

圖1是小型強(qiáng)化汽油機(jī)發(fā)生早燃的工況區(qū)域圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的震動(dòng)信號(hào)處理流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于檢測(cè)爆震和早燃的方法流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

圖1是典型小型強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生早燃的工況區(qū)域圖。如圖1所示，早燃通常發(fā)生在低速大負(fù)荷工況下，此時(shí)缸內(nèi)氣體流動(dòng)較弱，可燃混合氣在缸內(nèi)停留時(shí)間較長，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較大的熱負(fù)荷，因此在早燃易發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行早燃檢測(cè)是非常有必要的。另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速或小負(fù)荷工況時(shí)，發(fā)生早燃的條件難以滿足，幾乎不會(huì)發(fā)生早燃，因此在這類工況下并沒有進(jìn)行早燃檢測(cè)的必要。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的震動(dòng)信號(hào)處理流程圖。特定曲軸轉(zhuǎn)角的震動(dòng)信號(hào)首先由發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)傳感器進(jìn)行采集，并對(duì)上述震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，控制器用于接收上述經(jīng)過處理的震動(dòng)信號(hào)，并計(jì)算和記錄該燃燒循環(huán)震動(dòng)信號(hào)的峰值大小(即震蕩峰值A(chǔ))及峰值對(duì)應(yīng)的相位(即峰值相位)，并基于該震動(dòng)信號(hào)判斷該循環(huán)是否發(fā)生早燃或爆震。若控制器的判斷結(jié)果為早燃或者爆震，則由控制器發(fā)出信號(hào)給相應(yīng)執(zhí)行器，對(duì)早燃或爆震進(jìn)行抑制。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于檢測(cè)爆震和早燃的方法流程圖。根據(jù)流程圖，首先對(duì)工況進(jìn)行判斷，當(dāng)控制器(如ECU)檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速大負(fù)荷工況時(shí)，則需要對(duì)早燃進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明所公開的檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)早燃和爆震的方法包括以下步驟：

(A1)獲取特定曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的震動(dòng)信號(hào)，對(duì)震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波并計(jì)算信號(hào)的震蕩峰值A(chǔ)和峰值相位將檢測(cè)到的峰值與相位同預(yù)先標(biāo)定好的爆震閾值A(chǔ)_k、早燃閾值A(chǔ)_s進(jìn)行比較；

(A2)所述測(cè)量震動(dòng)信號(hào)峰值大于早燃閾值則認(rèn)為是早燃循環(huán)；若所測(cè)幅值處于爆震閾值和早燃閾值之間，則推遲點(diǎn)火時(shí)刻作進(jìn)一步判斷；若所測(cè)幅值小于爆震閾值，則認(rèn)為是正常燃燒循環(huán)。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所公開的檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)早燃和爆震的方法中，步驟(A1)中早燃震蕩峰值閾值A(chǔ)_s和爆震震蕩峰值閾值A(chǔ)_k，以及相位差閾值由臺(tái)架試驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定；其中A_k需滿足能區(qū)分95％以上的爆震循環(huán)和正常循環(huán)的要求，A_s和的確定需滿足能識(shí)別幾乎全部早燃循環(huán)的要求。

在步驟(A1)中，優(yōu)選地，所述震動(dòng)信號(hào)的采集曲軸轉(zhuǎn)角范圍為-20°CA—40°CA(CA為Crank Angle Degree的縮寫)。

優(yōu)選地，步驟(A2)進(jìn)一步包括以下步驟：基于濾波后震動(dòng)信號(hào)的震蕩峰值A(chǔ)和峰值相位將震蕩峰值A(chǔ)與早燃震蕩閾值A(chǔ)_S進(jìn)行比較，同時(shí)將峰值相位與正常燃燒峰值相位之差與相位差閾值進(jìn)行比較，若上述二者中有其一超出閾值，則認(rèn)為該循環(huán)為早燃循環(huán)；若震蕩峰值A(chǔ)小于早燃閾值A(chǔ)_S而大于爆震閾值A(chǔ)_k，同時(shí)小于此時(shí)可能是普通爆震也可能是輕度早燃，則將點(diǎn)火時(shí)刻推遲，在接下來n個(gè)循環(huán)中是否再次出現(xiàn)A>A_k，若未出現(xiàn)則此時(shí)已經(jīng)為正常燃燒，若再次出現(xiàn)則此時(shí)認(rèn)為是輕度早燃；若A<A_k，則此循環(huán)為正常循環(huán)。

在上面公開的方案中，優(yōu)選地，當(dāng)A_k<A<A_s時(shí)，推遲點(diǎn)火后，需要檢測(cè)的循環(huán)數(shù)n取值在10—40之間。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，還可對(duì)所述方式進(jìn)行各種修改、變化和替換。應(yīng)當(dāng)指出，在不超出本發(fā)明基本原理的前提下，所做的改變也應(yīng)處于本發(fā)明的保護(hù)范圍。