[发明专利]汽车系统中的爆震信号检测

说明书

技术领域

本发明总体上涉及内燃机领域。一方面，本发明涉及通过预测爆震信号来改进燃烧处理的系统和方法。

背景技术

随着汽油供应的减少以及变得更加昂贵，存在对高效燃料消耗的不断增长的需求。此外，对内燃机所导致的环境影响的关注增加了对具有发动机排放减少的内燃机的需求。尽管汽车制造商已经试图通过增加发动机压缩比来满足这些需求，但这可能导致发动机的爆震，其为自发以及偶发产生的燃烧所不期望的模式，导致污染的增加并且损坏发动机部件，以及产生令人不愉快的金属般的噪音。

为了增加燃料经济性以及减少发动机排放，曾经试图感测或检测发动机爆震，并且接着使用所检测的爆震信号来控制发动机燃烧处理。典型的汽车系统使用诸如加速度传感器(jerk sensors)或者压电或压电陶瓷(piezoceramic)加速度传感器的传感器来捕获或检测爆震事件。例如，根据燃烧室的尺寸以及气缸充气的声速，缸内压力振动激发能够由加速度传感器测量的结构振动脉冲。气缸的混响共振通常位于2kHz和12kHz之间。如认识到的，通过如下等式给出特定发动机气缸几何形状的爆震频率的粗略估计：

fr=Pmn·Cπ·B---(1)]]>

其中f_r是爆震共振频率，P_mn是振动模式常数，C是气缸中燃气的声速以及B是气缸的半径。

图1显示了传统爆震检测方案10的示例，其描述了标准爆震检测算法中的不同块。在检测阶段11，爆震传感器辅助检测爆震事件。爆震传感器可以是非介入式传感器(例如，简单加速度传感器)或者介入式传感器(例如，用以作为测量燃烧室的共振频率中释放的爆震能量的基准的压电陶瓷)。接着在信号处理阶段12，在数字或模拟域中处理所检测的信号，并且在提取阶段13提取参数(诸如压力或振动)。存在多种方法用于提取发动机爆震所产生的共振频率的能量，包括时间序列处理、频率处理以及将一维信号转换成作为时间和频率的函数的二维表达式的时-频分布(TFD)技术。例如，使用最广泛的TFD是短时傅里叶变换(STFT)，并且研究人员还开发出了各种时-频分布，诸如维格纳-威利(Wigner-Ville)分布的平滑版本，并且在爆震压力信号的研究中采用它。使用这类分布的具有爆震的信号的表示显示了信号的非平稳特性，以及共振频率值对于时间的依赖性。

如认识到的，根据所使用的传感器类型以及参数提取阶段的具体实现，在精确地检测爆震信号时存在不同的挑战。例如，磁致伸缩加速度传感器(magnetostrictive jerk sensors)在检测爆震信号时是高效的，但为了成本效益它们通常具有太多的组件。另一方面，直接附加于气缸垫或发动机体的简单加速度传感器能够测量因为发动机爆震而在燃烧室中引发的振动的强度，从而提供每个气缸的局部信息。尽管它们是非介入的并且易于使用，但加速度传感器对发动机振动和来自发动机金属部件的冲击(shocks)很敏感。