Регистрация сигнала датчика детонации. Управление моментом зажигания по детонации.

«Детонацией» в ДВС с искровым зажиганием называется аномальное протекание процесса сгорания, сопровождающееся появлением ударных волн давления газов в камере сгорания. Продолжительная работа двигателя с детонацией приводит к его повреждению или значительному сокращению срока службы деталей цилиндро-поршневой группы. Появление детонации в двигателе связано с такими факторами, как степень сжатия, температура охлаждающей жидкости и воздуха на впуске, октановое число топлива, момент зажигания и др. Эффективным способом предотвращения детонации в двигателе является управление моментом зажигания. Наиболее распространенным способом регистрации детонации в двигателе является использование для этой цели пьезоэлектрических датчиков (акселерометров). Датчик детонации жестко крепится к блоку или головке цилиндров двигателя, воспринимая возникающие при детонации вибрации указанных деталей. Сигнал датчика детонации представляет собой переменное напряжение с непрерывно изменяемыми частотами и амплитудами, определяемыми характером вибраций деталей двигателя. На входе в блок управления сигнал переменного напряжения датчика детонации подвергается аналоговой обработке с выпрямлением и частотной фильтрацией. Получили распространение два типа датчиков детонации – резонансные и широкополосные. Резонансные датчики настроены на определенный частотный диапазон, характерный для данного типа двигателя. За пределами установленного частотного диапазона такой датчик выдает сигнал несопоставимо меньшего уровня, чем в его пределах. Широкополосный датчик обеспечивают сигнал примерно одинакового уровня в широком диапазоне частот и может быть использован для двигателей различных типов. На двигателе имеется либо один, либо несколько датчиков детонации, что определяется конфигурацией блока цилиндров и числом цилиндров.

Уровень сигнала датчика детонации, характеризующий интенсивность вибраций деталей двигателя, определяется не только интенсивностью детонации, но также и характерными (в том числе, индивидуальными) особенностями работы механических систем и устройств (в первую очередь, механизма газораспределения). В результате без принятия специальных мер при регистрации сигнала датчика детонации не удается надежно выделить из общего шумового фона двигателя вибрации, характеризующие детонационное сгорание.

С целью устранения или по крайне мере значительного снижения степени влияния собственных вибраций двигателя, при регистрации сигнала датчика детонации используется так называемое «стробирование» по углу поворота коленчатого вала. При этом сигнал указанного датчика принимается блоком управления только в пределах окна, имеющего ширину 15-25 градусов и расположенного после ВМТ хода сжатия каждого из цилиндров, т.е. в начале рабочего хода. Учитывая резкопеременный характер сигнала датчика детонации, его регистрация и обработка блоком управления (или специализированной микросхемой) в пределах данного окна производится многократно, с вычислением среднего значения.

При работе двигателя на режимах, где детонация гарантированно не появляется (холостой ход и малые нагрузки), уровень сигнала в указанном окне принимается как «шум». При этом в ОЗУ блока управления на различных скоростных режимах записывается информация, характеризующая индивидуальный «шумовой» фон данного двигателя. При работе двигателя на высоких нагрузках, где детонация потенциально может появиться, в том же окне уровень сигнала датчика детонации принимается как интенсивность «детонации». При этом в каждом рабочем цикле для каждого цилиндра двигателя блок управления производит сравнение уровней двух указанных сигналов. Если отношение уровней «детонационного» и «шумового» сигналов превышает заданное значение, блок управления интерпретирует данную ситуацию, как наличие детонации.

При регистрации наличия детонации, блоком управления принимается решение об установке в следующем рабочем цикле для данного цилиндра более позднего момента зажигания по отношению к его табличному значению для данного режима. Шаг уменьшения угла опережения зажигания (УОЗ) составляет 1-4 градуса ПКВ. Если в следующем рабочем цикле для данного цилиндра система управления не обнаруживает детонации, уменьшенный на величину одного шага по отношению к табличному значению угол опережения зажигания сохраняется в течение определенного времени или числа рабочих циклов, после чего величина снижения угла опережения зажигания с определенным интервалом поэтапно уменьшается (например, на 1 градус ПКВ), пока момент зажигания не вернется к своему табличного значению. Если в процессе управления моментом зажигания система управления повторно регистрирует наличие детонации, угол опережения зажигания уменьшается еще на один шаг и описанный процесс поэтапного восстановления исходного момента зажигания повторяется. С целью исключения нежелательных последствий от чрезмерного снижения угла опережения зажигания в случае ложной регистрации наличия детонации, алгоритмом управления обычно предусматривается ограничение максимальной величины снижения угла опережения зажигания, составляющее до 10-15 градусов ПКВ.

Системой управления осуществляется постоянный контроль за текущими величинами снижения угла опережения зажигания для каждого из цилиндров. В случае регулярного детонационного снижения угла опережения зажигания на одних и тех же режимах работы двигателя, блоком управления производится накапливание и сохранение в оперативной памяти данных по величинам снижения УОЗ, которые являются адаптированными значениями коррекции угла опережения зажигания по детонации. При управлении моментом зажигания накопленные значения коррекции УОЗ вычитаются из базовых значений угла опережения зажигания еще до начала проверки наличия детонации. Тем самым происходит индивидуальная настройка (адаптация) системы управления двигателем под конкретные условия эксплуатации.