張強(qiáng)，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

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

發(fā)動機(jī)相位關(guān)系信號測試研究

張強(qiáng)，辛海霞，尹東升，王君，范寶慶

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

發(fā)動機(jī)工作過程中影響發(fā)動機(jī)性能的因素有很多。其中，發(fā)動機(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)動機(jī)進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火角度，更決定了整個配氣機(jī)構(gòu)工作是否合理。發(fā)動機(jī)相位關(guān)系主要由曲軸、凸輪軸轉(zhuǎn)速信號，缸壓信號的關(guān)系所組成，這三個重要的相位關(guān)系信號之間對應(yīng)關(guān)系正確與否將直接影響了發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)及性能的好壞。

發(fā)動機(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)動機(jī)的標(biāo)定過程中，發(fā)動機(jī)相位關(guān)系對標(biāo)定工作主要有兩方面影響：1、對發(fā)動機(jī)判缸，點(diǎn)火正時的影響；2、對帶有VVT系統(tǒng)發(fā)動機(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，凸輪軸轉(zhuǎn)速信號，缸壓信號的相對關(guān)系所組成，這三個相位關(guān)系信號之間對應(yīng)關(guān)系的正確與否影響了發(fā)動機(jī)的相位關(guān)系是否合理，是我們判斷發(fā)動機(jī)正時是否正確的依據(jù)。近期，在DAE某發(fā)動機(jī)機(jī)型的標(biāo)定工作中，為了確認(rèn)此發(fā)動機(jī)的正時是否正確，我們通過LMS數(shù)采主機(jī)設(shè)備采集出相位關(guān)系信號，并以電壓信號的形式輸出，通過圖像和數(shù)據(jù)的對比，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、本文的研究內(nèi)容

本文主要介紹了發(fā)動機(jī)相位關(guān)系的設(shè)計準(zhǔn)則和相位關(guān)系信號的理論知識，以試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過LMS設(shè)備測出發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速信號、凸輪軸轉(zhuǎn)速信號和缸壓信號，通過三者的關(guān)系判斷發(fā)動機(jī)的相位關(guān)系是否正確，有效地指導(dǎo)輔助發(fā)動機(jī)標(biāo)定工作。

2、相位關(guān)系信號的理論基礎(chǔ)

2.1曲軸轉(zhuǎn)速信號

一般情況下，由點(diǎn)火控制模塊采集點(diǎn)火信號直接轉(zhuǎn)化成電信號到達(dá)轉(zhuǎn)速表，或者有發(fā)動機(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）的信號來轉(zhuǎn)化成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表信號來指示轉(zhuǎn)速。即表示發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動快慢的電壓信號。

圖1　曲軸轉(zhuǎn)速傳感器特性

齒頂對應(yīng)輸出信號低電位，齒底對應(yīng)輸出信號高電位。輸出信號要比實(shí)際齒形晚半個齒。為了直觀理解曲軸的轉(zhuǎn)速，需要了解發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)行程。對于四沖程發(fā)動機(jī)，有四個行程：

（1）吸氣：活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動到下止點(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)動機(jī)一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周。

2.2凸輪軸轉(zhuǎn)速信號

發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中凸輪軸轉(zhuǎn)速的電壓信號，發(fā)動機(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

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

2.3缸壓信號

在發(fā)動機(jī)一個工作循環(huán)內(nèi)，各氣缸內(nèi)氣體壓力變化的電壓信號。

3、相位關(guān)系的設(shè)計準(zhǔn)則

3.1 準(zhǔn)則

在一個發(fā)動機(jī)循環(huán)中（720度曲軸轉(zhuǎn)角），曲軸轉(zhuǎn)速信號缺齒后第二個電位下降沿應(yīng)交替對應(yīng)凸輪信號輪的一次高電位（此時發(fā)動機(jī)為排氣行程），一次低電位（此時發(fā)動機(jī)為壓縮行程）。

3.2點(diǎn)火正時

僅參看曲軸轉(zhuǎn)速信號，在曲軸轉(zhuǎn)速信號缺齒后第二個電位下降沿判定發(fā)動機(jī)所在的行程后，再轉(zhuǎn)過一定角度到達(dá)發(fā)動機(jī)此行程上止點(diǎn)的角度。

3.3凸輪相位正時

在VVT初始位置時刻，自曲軸轉(zhuǎn)速信號的缺齒后第二個電位下降開始到凸輪相位信號的第一個電位下降沿為止確認(rèn)的角度參數(shù)作為計算基準(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) 速信號關(guān)系

4、緩變信號測試

LMS主機(jī)設(shè)備可以將相位關(guān)系信號采集出來，并以電壓信號形式輸出。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傳感器，采集此三個信號，將其轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，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

結(jié)論：曲軸轉(zhuǎn)速信號從缺齒開始第二個齒開始，第十個齒數(shù)對應(yīng)凸輪軸信號上升沿，即為壓縮上止點(diǎn)，點(diǎn)火正時角為100度。相位關(guān)系實(shí)測與理論值相吻合，趨勢一致。通過緩變信號采集試驗(yàn)，可正確判斷發(fā)動機(jī)正時，更好地輔助標(biāo)定工作。

5、總結(jié)與展望

本文介紹了通過試驗(yàn)測試緩變信號關(guān)系判斷發(fā)動機(jī)相位關(guān)系的方法，這些信號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)動機(jī)的相位關(guān)系是影響發(fā)動機(jī)性能主要的因素，所以未來的相位關(guān)系試驗(yàn)也必然是一個重要的課題，會有更多的問題等著我們?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，研究方向動力總成和整車NVH測試，整車動力性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境測試。