تشخيص كوبش براساس تحليل بسامدهاي ارتعاشي اصلي در موتور پرخوران اشتعال جرقه‌اي

Knock detection based on main vibration frequencies analysis in spark ignition turbocharged engine

كوبش يكي از عوامل اصلي است كه بر روي توان خروجي، بازده حرارتي و عمر موتور بنزيني تاثيرگذار است. بررسي نتايج آزمون‌ها نشان مي‌دهد كه ارتعاشات ايجاد شده در اثر كوبش داراي بسامدهاي خاصي است كه به حالت‌هاي ارتعاشي اتاق احتراق بستگي دارد. در اين مقاله، ابتدا رفتار موتور مورد آزمون در شرايط دور و بار مختلف با نرم‌افزار GT-POWER شبيه‌سازي شد. با استفاده از نتايج شبيه‌سازي، سرعت صوت در اتاق احتراق در شرايط مختلف پيش‌بيني شده است. سپس معادله‌اي براي پيش‌بيني بسامد حالت‌هاي ارتعاشاتي اتاق احتراق به كمك سرعت صوت و هندسه استوانه ارايه شده است. بسامد حالت‌هاي ارتعاشاتي اتاق احتراق در اثر وقوع كوبش به كمك تحليل داده‌هاي حسگر كوبش در آزمون‌هاي مختلف نيز تعيين شده‌اند. مقايسه نتايج آزمون، تطابق مناسب بسامد تعيين شده از دو روش را نشان مي‌دهد. همچنين بر طبق نتايج آزمون، تغيير بسامد حالت‌هاي ارتعاشاتي اتاق احتراق در دور و بارهاي مختلف موتور ناچيز است و دامنه منحني طيف بسامدي در بسامدهاي تعيين شده، افزايش محسوسي در شرايط وقوع كوبش خواهد داشت. در انتها با توجه به بررسي‌هاي انجام شده، روشي براي تعيين شدت كوبش و حد مجازي براي تشخيص وقوع اين پديده ارايه شده است.

One of main factors that affects outputs, thermal efficiencies and lifetimes of the engine is "knock". Experimental results revealed that vibrating signals generated from knocks has certain frequencies related to vibration modes of the combustion chamber. In this paper, the behavior of the engine during different operating conditions has been simulated using the GT-POWER software. Based on simulation results, speeds of sound waves within the combustion chamber have been predicted at knock conditions. Then, a mathematical correlation was used to predict vibration frequencies based on the speed of sounds in the combustion chamber and cylindrical geometries. Vibration frequencies have also been measured experimentally using knock sensor data. Comparing simulation results with experimental data demonstrated an appropriate correlation between two methods and confirmed that the effect of other parameters on the vibration frequency could be negligible. Finally, a method for determining the occurrence and the severity of knocks and a threshold for the detection of this phenomenon has been proposed.