解析爆震傳感器信號調節系統技術

　　發動機爆震基礎知識

　　發動機爆震是指氣缸中的燃料空氣混合物非受控點燃，而不是由火花塞點燃。發動機爆震會顯著增大汽缸壓力，破壞發動機部件，導致發出一聲“砰”響。

　　在正常燃燒狀態下，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正上方頂點之前啟動幾個曲軸角度。這種定時提前非常必要，因為燃料空氣混合物完全燃燒需要一定時間，而且該時間隨發動機速度及負載變化而變化。如果定時合適，最大汽缸壓力將在活塞通過正上方頂點之后產生幾個曲軸角度。完全燃燒的燃料空氣混合物隨后以最大力量推動活塞下行，形成每個周期對曲軸施加的最大扭矩。當前的發動機經過精心設計，不僅可最小化排放，而且還可最大限度提高功率與燃油經濟性。通過優化點火火花定時，可最大化扭矩，從而可實現這一應用。通過這種定時控制，火花塞不僅可從著火點到汽缸壁點燃燃料空氣混合物，而且還能夠以一定速率均勻燃燒。如果偏離正常燃燒，比如點火過快，就會導致發動機爆震。而且在極端情況下會造成發動機永久性損壞。其它引起發動機爆震的情況包括使用錯誤辛烷值汽油或次品點火部件。

　　信號調節器接口

　　現代汽車都有爆震傳感器系統，用來檢測越過正上方頂點之后特定時間內每個汽缸的爆震情況，稱為爆震窗口。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，而信號處理器則可處理信號，并將電壓信號發送給發動機控制模塊。該模塊可解讀爆震信號，因而不僅可控制定時，而且還可提高發動機效率。爆震傳感器一般安裝在發動機缸體上（圖1）。

　　圖1：安裝在發動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動機控制模塊。兩個內部寬帶放大器（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關（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，用于處理與發動機和爆震傳感器有關的特定頻率組分。帶通濾波器的輸出經全波整流后，可根據編程后的時間常數和積分時間周期完成積分運算。啟動每個爆震窗口時，積分器輸出復位。積分信號通過數模轉換器（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火定時，從而可在減輕爆震的同時，根據負載及發動機轉速優化燃油效率。