張強(qiáng)，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

發(fā)動(dòng)機(jī)相位關(guān)系信號(hào)測(cè)試研究

張強(qiáng)，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的因素有很多。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)的相位關(guān)系就是很重要的影響因素之一。它影響著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火角度，更決定了整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)工作是否合理。發(fā)動(dòng)機(jī)相位關(guān)系主要由曲軸、凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)，缸壓信號(hào)的關(guān)系所組成，這三個(gè)重要的相位關(guān)系信號(hào)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系正確與否將直接影響了發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)及性能的好壞。

發(fā)動(dòng)機(jī)；影響因素；相位關(guān)系；性能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.039

CLC NO.: U463.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988（2016）11-106-02

引言

在發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)相位關(guān)系對(duì)標(biāo)定工作主要有兩方面影響：1、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)判缸，點(diǎn)火正時(shí)的影響；2、對(duì)帶有VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪相位的確認(rèn)。相位關(guān)系主要由曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)，凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)，缸壓信號(hào)的相對(duì)關(guān)系所組成，這三個(gè)相位關(guān)系信號(hào)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的正確與否影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的相位關(guān)系是否合理，是我們判斷發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)是否正確的依據(jù)。近期，在DAE某發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型的標(biāo)定工作中，為了確認(rèn)此發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)是否正確，我們通過(guò)LMS數(shù)采主機(jī)設(shè)備采集出相位關(guān)系信號(hào)，并以電壓信號(hào)的形式輸出，通過(guò)圖像和數(shù)據(jù)的對(duì)比，確認(rèn)了三者的相互關(guān)系，更好的輔助了相應(yīng)的標(biāo)定工作。

1、本文的研究?jī)?nèi)容

本文主要介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)相位關(guān)系的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和相位關(guān)系信號(hào)的理論知識(shí)，以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)LMS設(shè)備測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)、凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和缸壓信號(hào)，通過(guò)三者的關(guān)系判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的相位關(guān)系是否正確，有效地指導(dǎo)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工作。

2、相位關(guān)系信號(hào)的理論基礎(chǔ)

2.1曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)

一般情況下，由點(diǎn)火控制模塊采集點(diǎn)火信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成電信號(hào)到達(dá)轉(zhuǎn)速表，或者有發(fā)動(dòng)機(jī)主控電腦板根據(jù)相關(guān)傳感器（如曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、凸輪軸位置傳感器）的信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表信號(hào)來(lái)指示轉(zhuǎn)速。即表示發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的電壓信號(hào)。

圖1　曲軸轉(zhuǎn)速傳感器特性

齒頂對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)低電位，齒底對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)高電位。輸出信號(hào)要比實(shí)際齒形晚半個(gè)齒。為了直觀理解曲軸的轉(zhuǎn)速，需要了解發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)行程。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，有四個(gè)行程：

（1）吸氣：活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，進(jìn)氣門開排氣門關(guān)，曲軸轉(zhuǎn)半圈。

（2）壓縮：活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，進(jìn)氣門關(guān)排氣門關(guān)，曲軸轉(zhuǎn)半圈。

（3）做功：活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，進(jìn)氣門關(guān)排氣門關(guān)，曲軸轉(zhuǎn)半圈。

（4）排氣：活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，進(jìn)氣門關(guān)排氣門開，曲軸轉(zhuǎn)半圈。

因此，發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周。

2.2凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中凸輪軸轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)兩圈，凸輪軸轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)速是曲軸的一半。

圖2　凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器特性

齒頂對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)低電位，齒底對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)高電位。另一般情況下齒頂對(duì)應(yīng)的低電位信號(hào)寬度要比實(shí)際的齒頂寬。

2.3缸壓信號(hào)

在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，各氣缸內(nèi)氣體壓力變化的電壓信號(hào)。

3、相位關(guān)系的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1 準(zhǔn)則

在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)中（720度曲軸轉(zhuǎn)角），曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)缺齒后第二個(gè)電位下降沿應(yīng)交替對(duì)應(yīng)凸輪信號(hào)輪的一次高電位（此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)為排氣行程），一次低電位（此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)為壓縮行程）。

3.2點(diǎn)火正時(shí)

僅參看曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)，在曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)缺齒后第二個(gè)電位下降沿判定發(fā)動(dòng)機(jī)所在的行程后，再轉(zhuǎn)過(guò)一定角度到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)此行程上止點(diǎn)的角度。

3.3凸輪相位正時(shí)

在VVT初始位置時(shí)刻，自曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)的缺齒后第二個(gè)電位下降開始到凸輪相位信號(hào)的第一個(gè)電位下降沿為止確認(rèn)的角度參數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的角度。

圖3　曲軸和凸輪軸傳感器齒形板

圖4 曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn) 速信號(hào)關(guān)系

4、緩變信號(hào)測(cè)試

LMS主機(jī)設(shè)備可以將相位關(guān)系信號(hào)采集出來(lái)，并以電壓信號(hào)形式輸出。凸輪軸相位傳感器為霍爾式傳感器，曲軸轉(zhuǎn)速傳感器為磁電式傳感器，通過(guò)LMS主機(jī)設(shè)備連接曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，凸輪軸轉(zhuǎn)速傳感器和缸壓信號(hào)傳感器，采集此三個(gè)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，根據(jù)相位關(guān)系準(zhǔn)則判斷三者關(guān)系的正確與否和發(fā)動(dòng)機(jī)的相位關(guān)系。以DAE某機(jī)型具體試驗(yàn)為例，試驗(yàn)工況為怠速。

圖5　某機(jī)型相位關(guān)系理論基礎(chǔ)

圖6 某機(jī)型相位關(guān)系實(shí)測(cè)

結(jié)論：曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)從缺齒開始第二個(gè)齒開始，第十個(gè)齒數(shù)對(duì)應(yīng)凸輪軸信號(hào)上升沿，即為壓縮上止點(diǎn)，點(diǎn)火正時(shí)角為100度。相位關(guān)系實(shí)測(cè)與理論值相吻合，趨勢(shì)一致。通過(guò)緩變信號(hào)采集試驗(yàn)，可正確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)，更好地輔助標(biāo)定工作。

5、總結(jié)與展望

本文介紹了通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試緩變信號(hào)關(guān)系判斷發(fā)動(dòng)機(jī)相位關(guān)系的方法，這些信號(hào)之間不單單是一種傳感參數(shù)的表達(dá)，更有著密切的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)的相位關(guān)系是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能主要的因素，所以未來(lái)的相位關(guān)系試驗(yàn)也必然是一個(gè)重要的課題，會(huì)有更多的問(wèn)題等著我們?nèi)ソ鉀Q，去挑戰(zhàn)。

Engine signal phase relationship test research

Zhang Qiang, Xin Haixia, Yin Dongsheng, Wang Jun, Fan Baoqing
（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

Engine during engine performance factors, many of them, the phase relationship of the engine is a very important factor. It affects the intake, fuel injection, ignition angle determines the entire valve timing is reasonable. Phase relationship mainly by the crankshaft speed signal, the speed signal and the relative relationship between camshaft cylinder pressure signal is composed, the correctness of these three relatively phase signal relationship between the influence of the phase relationship of the engine is reasonable, i.e., affect the engine performance is good or bad.

Engine; Factor; Phase relationship; Performance

U463.7 文獻(xiàn)表示碼：A

1671-7988（2016）11-106-02

張強(qiáng)（1978-），男，工程師，學(xué)歷本科，研究方向動(dòng)力總成和整車NVH測(cè)試，整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境測(cè)試。