发动机相位关系信号测试研究

张强，辛海霞，尹东升，王君，范宝庆

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

发动机相位关系信号测试研究

张强，辛海霞，尹东升，王君，范宝庆

（哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司技术中心，黑龙江 哈尔滨 150060）

发动机工作过程中影响发动机性能的因素有很多。其中，发动机的相位关系就是很重要的影响因素之一。它影响着发动机进气、喷油、点火角度，更决定了整个配气机构工作是否合理。发动机相位关系主要由曲轴、凸轮轴转速信号，缸压信号的关系所组成，这三个重要的相位关系信号之间对应关系正确与否将直接影响了发动机工作状态及性能的好坏。

发动机；影响因素；相位关系；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

在发动机的标定过程中，发动机相位关系对标定工作主要有两方面影响：1、对发动机判缸，点火正时的影响；2、对带有VVT系统发动机的凸轮相位的确认。相位关系主要由曲轴转速信号，凸轮轴转速信号，缸压信号的相对关系所组成，这三个相位关系信号之间对应关系的正确与否影响了发动机的相位关系是否合理，是我们判断发动机正时是否正确的依据。近期，在DAE某发动机机型的标定工作中，为了确认此发动机的正时是否正确，我们通过LMS数采主机设备采集出相位关系信号，并以电压信号的形式输出，通过图像和数据的对比，确认了三者的相互关系，更好的辅助了相应的标定工作。

1、本文的研究内容

本文主要介绍了发动机相位关系的设计准则和相位关系信号的理论知识，以试验为基础，通过LMS设备测出发动机的曲轴转速信号、凸轮轴转速信号和缸压信号，通过三者的关系判断发动机的相位关系是否正确，有效地指导辅助发动机标定工作。

2、相位关系信号的理论基础

2.1曲轴转速信号

一般情况下，由点火控制模块采集点火信号直接转化成电信号到达转速表，或者有发动机主控电脑板根据相关传感器（如曲轴转角传感器、凸轮轴位置传感器）的信号来转化成发动机转速表信号来指示转速。即表示发动机曲轴转动快慢的电压信号。

图1　曲轴转速传感器特性

齿顶对应输出信号低电位，齿底对应输出信号高电位。输出信号要比实际齿形晚半个齿。为了直观理解曲轴的转速，需要了解发动机的工作循环行程。对于四冲程发动机，有四个行程：

（1）吸气：活塞从上止点运动到下止点，进气门开排气门关，曲轴转半圈。

（2）压缩：活塞从下止点运动到上止点，进气门关排气门关，曲轴转半圈。

（3）做功：活塞从上止点运动到下止点，进气门关排气门关，曲轴转半圈。

（4）排气：活塞从下止点运动到上止点，进气门关排气门开，曲轴转半圈。

因此，发动机一个工作循环，曲轴转两周。

2.2凸轮轴转速信号

发动机配气机构中凸轮轴转速的电压信号，发动机转两圈，凸轮轴转一圈，转速是曲轴的一半。

图2　凸轮轴转速传感器特性

齿顶对应输出信号低电位，齿底对应输出信号高电位。另一般情况下齿顶对应的低电位信号宽度要比实际的齿顶宽。

2.3缸压信号

在发动机一个工作循环内，各气缸内气体压力变化的电压信号。

3、相位关系的设计准则

3.1 准则

在一个发动机循环中（720度曲轴转角），曲轴转速信号缺齿后第二个电位下降沿应交替对应凸轮信号轮的一次高电位（此时发动机为排气行程），一次低电位（此时发动机为压缩行程）。

3.2点火正时

仅参看曲轴转速信号，在曲轴转速信号缺齿后第二个电位下降沿判定发动机所在的行程后，再转过一定角度到达发动机此行程上止点的角度。

3.3凸轮相位正时

在VVT初始位置时刻，自曲轴转速信号的缺齿后第二个电位下降开始到凸轮相位信号的第一个电位下降沿为止确认的角度参数作为计算基准的角度。

图3　曲轴和凸轮轴传感器齿形板

图4 曲轴和凸轮轴转 速信号关系

4、缓变信号测试

LMS主机设备可以将相位关系信号采集出来，并以电压信号形式输出。凸轮轴相位传感器为霍尔式传感器，曲轴转速传感器为磁电式传感器，通过LMS主机设备连接曲轴转速传感器，凸轮轴转速传感器和缸压信号传感器，采集此三个信号，将其转化为电压信号输出，根据相位关系准则判断三者关系的正确与否和发动机的相位关系。以DAE某机型具体试验为例，试验工况为怠速。

图5　某机型相位关系理论基础

图6 某机型相位关系实测

结论：曲轴转速信号从缺齿开始第二个齿开始，第十个齿数对应凸轮轴信号上升沿，即为压缩上止点，点火正时角为100度。相位关系实测与理论值相吻合，趋势一致。通过缓变信号采集试验，可正确判断发动机正时，更好地辅助标定工作。

5、总结与展望

本文介绍了通过试验测试缓变信号关系判断发动机相位关系的方法，这些信号之间不单单是一种传感参数的表达，更有着密切的关系。发动机的相位关系是影响发动机性能主要的因素，所以未来的相位关系试验也必然是一个重要的课题，会有更多的问题等着我们去解决，去挑战。

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 文献表示码：A

1671-7988（2016）11-106-02

张强（1978-），男，工程师，学历本科，研究方向动力总成和整车NVH测试，整车动力性、经济性及环境测试。