解析爆震傳感器信號調節系統技術(shù)

　　發(fā)動(dòng)機爆震基礎知識

　　發(fā)動(dòng)機爆震是指氣缸中的燃料空氣混合物非受控點(diǎn)燃，而不是由火花塞點(diǎn)燃。發(fā)動(dòng)機爆震會(huì )顯著(zhù)增大汽缸壓力，破壞發(fā)動(dòng)機部件，導致發(fā)出一聲“砰”響。

　　在正常燃燒狀態(tài)下，內燃機以受控方式燃燒燃料空氣混合物。燃燒應該在活塞通過(guò)正上方頂點(diǎn)之前啟動(dòng)幾個(gè)曲軸角度。這種定時(shí)提前非常必要，因為燃料空氣混合物完全燃燒需要一定時(shí)間，而且該時(shí)間隨發(fā)動(dòng)機速度及負載變化而變化。如果定時(shí)合適，最大汽缸壓力將在活塞通過(guò)正上方頂點(diǎn)之后產(chǎn)生幾個(gè)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(dòng)活塞下行，形成每個(gè)周期對曲軸施加的最大扭矩。當前的發(fā)動(dòng)機經(jīng)過(guò)精心設計，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)濟性。通過(guò)優(yōu)化點(diǎn)火火花定時(shí)，可最大化扭矩，從而可實(shí)現這一應用。通過(guò)這種定時(shí)控制，火花塞不僅可從著(zhù)火點(diǎn)到汽缸壁點(diǎn)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(diǎn)火過(guò)快，就會(huì )導致發(fā)動(dòng)機爆震。而且在極端情況下會(huì )造成發(fā)動(dòng)機永久性損壞。其它引起發(fā)動(dòng)機爆震的情況包括使用錯誤辛烷值汽油或次品點(diǎn)火部件。

　　信號調節器接口

　　現代汽車(chē)都有爆震傳感器系統，用來(lái)檢測越過(guò)正上方頂點(diǎn)之后特定時(shí)間內每個(gè)汽缸的爆震情況，稱(chēng)為爆震窗口。該系統通常由壓電傳感元件和信號調節器構成。傳感器可檢測振動(dòng)，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(dòng)機控制模塊。該模塊可解讀爆震信號，因而不僅可控制定時(shí)，而且還可提高發(fā)動(dòng)機效率。爆震傳感器一般安裝在發(fā)動(dòng)機缸體上（圖1）。

　　圖1：安裝在發(fā)動(dòng)機缸體上的爆震傳感器

　　圖2：帶系數的 TPIC8101 方框圖

　　圖2所示的簡(jiǎn)化圖是德州儀器 （TI） 提供的TPIC8101雙通道高集成信號調節器接口，其可用于連接爆震傳感元件和發(fā)動(dòng)機控制模塊。兩個(gè)內部寬帶放大器（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用器開(kāi)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轉換器 （ADC） 完成轉換。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(dòng)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，可根據編程后的時(shí)間常數和積分時(shí)間周期完成積分運算。啟動(dòng)每個(gè)爆震窗口時(shí)，積分器輸出復位。積分信號通過(guò)數模轉換器 （DAC） 轉換為模擬格式，但可直接連接至微處理器。該處理器不僅可讀取數據，而且還可調節火花點(diǎn)火定時(shí)，從而可在減輕爆震的同時(shí)，根據負載及發(fā)動(dòng)機轉速優(yōu)化燃油效率。

　　圖3：輸入放大器接口詳情

　　積分器工作從0到B執行N次。這將覆蓋輸入的正極。全波整流隨后可通過(guò)其它增益系數進(jìn)行補償。替換VIN，從0到1/fBP積分。

　　表1:TPIC8101產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中第10頁(yè)的部分SPI查找表

　　圖4:GUI值

　　圖5：示例波形

　　在振動(dòng)器頻率中輸入6MHz，在通道數量中輸入1.GUI值應該與圖4中所示的相似。

　　按以上步驟操作可得出圖5所示的波形。對于不同幅度調制的更多波形，請參閱參考1中的TIDA-00152參考設計測試數據。

　　結論

　　要實(shí)現理想的發(fā)動(dòng)機性能并對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行保護，必須執行發(fā)動(dòng)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節功能可降低發(fā)動(dòng)機控制模塊上的處理負載。