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詳解爆震傳感器信號調(diào)節(jié)系統(tǒng),教你如何設(shè)置

發(fā)布時間:2014-12-26 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】如果點火時間不正確或部件存在故障,發(fā)動機汽缸就會發(fā)生爆震?,F(xiàn)代汽車在發(fā)動機上安裝了爆震傳感器系統(tǒng),可最大限度減少爆震,進(jìn)而可最大限度延長發(fā)動機使用壽命,提高功率并改善燃油效率。本文將討論發(fā)動機爆震基礎(chǔ)知識以及設(shè)置爆震傳感器信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法。
 
如果點火時間不正確或部件存在故障,發(fā)動機汽缸就會發(fā)生爆震。現(xiàn)代汽車在發(fā)動機上安裝了爆震傳感器系統(tǒng),可最大限度減少爆震,進(jìn)而可最大限度延長發(fā)動機使用壽命,提高功率并改善燃油效率。本文將討論發(fā)動機爆震基礎(chǔ)知識以及設(shè)置爆震傳感器信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法。
 
發(fā)動機爆震基礎(chǔ)知識
 
發(fā)動機爆震是指氣缸中的燃料空氣混合物非受控點燃,而不是由火花塞點燃。發(fā)動機爆震會顯著增大汽缸壓力,破壞發(fā)動機部件,導(dǎo)致發(fā)出一聲“砰”響。
 
在正常燃燒狀態(tài)下,內(nèi)燃機以受控方式燃燒燃料空氣混合物。燃燒應(yīng)該在活塞通過正上方頂點之前啟動幾個曲軸角度。這種定時提前非常必要,因為燃料空氣混合物完全燃燒需要一定時間,而且該時間隨發(fā)動機速度及負(fù)載變化而變化。如果定時合適,最大汽缸壓力將在活塞通過正上方頂點之后產(chǎn)生幾個曲軸角度。完全燃燒的燃料空氣混合物隨后以最大力量推動活塞下行,形成每個周期對曲軸施加的最大扭矩。當(dāng)前的發(fā)動機經(jīng)過精心設(shè)計,不僅可最小化排放,而且還可最大限度提高功率與燃油經(jīng)濟(jì)性。通過優(yōu)化點火火花定時,可最大化扭矩,從而可實現(xiàn)這一應(yīng)用。通過這種定時控制,火花塞不僅可從著火點到汽缸壁點燃燃料空氣混合物,而且還能夠以一定速率均勻燃燒。如果偏離正常燃燒,比如點火過快,就會導(dǎo)致發(fā)動機爆震。而且在極端情況下會造成發(fā)動機永久性損壞。其它引起發(fā)動機爆震的情況包括使用錯誤辛烷值汽油或次品點火部件。
 
信號調(diào)節(jié)器接口
 
現(xiàn)代汽車都有爆震傳感器系統(tǒng),用來檢測越過正上方頂點之后特定時間內(nèi)每個汽缸的爆震情況,稱為爆震窗口。該系統(tǒng)通常由壓電傳感元件和信號調(diào)節(jié)器構(gòu)成。傳感器可檢測振動,而信號處理器則可處理信號,并將電壓信號發(fā)送給發(fā)動機控制模塊。該模塊可解讀爆震信號,因而不僅可控制定時,而且還可提高發(fā)動機效率。爆震傳感器一般安裝在發(fā)動機缸體上(圖1)。
裝在發(fā)動機缸體上的爆震傳感器
圖1:安裝在發(fā)動機缸體上的爆震傳感器
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帶系數(shù)的 TPIC8101 方框圖
圖2:帶系數(shù)的 TPIC8101 方框圖
 
圖2所示的簡化圖是德州儀器 (TI) 提供的TPIC8101雙通道高集成信號調(diào)節(jié)器接口,其可用于連接爆震傳感元件和發(fā)動機控制模塊。兩個內(nèi)部寬帶放大器(圖3)可為壓電傳感器提供接口。放大器的輸出提供給通道選擇多路復(fù)用器開關(guān)(圖2),然后提供給三階去假信號濾波器 (AAF)。該信號隨后在可編程增益級之前使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 完成轉(zhuǎn)換。增益級可將該信號饋送給可編程帶通濾波器,用于處理與發(fā)動機和爆震傳感器有關(guān)的特定頻率組分。帶通濾波器的輸出經(jīng)全波整流后,可根據(jù)編程后的時間常數(shù)和積分時間周期完成積分運算。啟動每個爆震窗口時,積分器輸出復(fù)位。積分信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 轉(zhuǎn)換為模擬格式,但可直接連接至微處理器。該處理器不僅可讀取數(shù)據(jù),而且還可調(diào)節(jié)火花點火定時,從而可在減輕爆震的同時,根據(jù)負(fù)載及發(fā)動機轉(zhuǎn)速優(yōu)化燃油效率。
輸入放大器接口詳情
圖3:輸入放大器接口詳情
積分器工作從0到B執(zhí)行N次。這將覆蓋輸入的正極。全波整流隨后可通過其它增益系數(shù)進(jìn)行補償。替換VIN,從0到1/fBP積分。
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TPIC8101產(chǎn)品說明書中第10頁的部分SPI查找表
表1:TPIC8101產(chǎn)品說明書中第10頁的部分SPI查找表
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GUI值
圖4:GUI值
示例波形
圖5:示例波形
 
在振動器頻率中輸入6MHz,在通道數(shù)量中輸入1。GUI值應(yīng)該與圖4中所示的相似。
 
按以上步驟操作可得出圖5所示的波形。對于不同幅度調(diào)制的更多波形,請參閱參考1中的TIDA-00152參考設(shè)計測試數(shù)據(jù)。
 
結(jié)論
 
要實現(xiàn)理想的發(fā)動機性能并對發(fā)動機進(jìn)行保護(hù),必須執(zhí)行發(fā)動機爆震控制。TPIC8101爆震傳感器接口的雙通道輸入和高級信號調(diào)節(jié)功能可降低發(fā)動機控制模塊上的處理負(fù)載。
 
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