CN103939255A - 基于发动机运行状态下的点火测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于发动机运行状态下的点火测试系统及测试方法，其包括天然气发动机以及拆自于天然气发动机的点火线圈；天然气发动机的火花塞通过测试高压线与点火线圈的次级线圈连接，点火线圈的初级线圈与电子控制单元的输出端连接；测试高压线上设置有电压分压器以及电流互感器，电压分压器及电流互感器均与显示记录处理装置连接，在天然气发动机的运行工况下，显示记录处理装置将电压分压器获取的电压波形、电流互感器获取的电流波形显示输出，并运算得到点火能量，且将上述对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。本发明操作方便，能在发动机运行状态下进行点火测试，能对发动机进行有效的测试，安全可靠。

Description

基于发动机运行状态下的点火测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种点火测试系统及测试方法，尤其是一种基于发动机运行状态下的点火测试系统及测试方法，具体地说是对以天然气为单一燃料的发动机运行状态直接测试的点火测试系统及测试方法，属于发动机测试的技术领域。

背景技术

针对以天然气为单一燃料的发动机，除抗干扰和保证发动机点火提前特性外，发动机对点火系统的四项要求为：次级电压上升率、次级最高电压、点火能量与火花持续时间，其中点火能量是一个反映以上四项指标的综合性参数，通过点火能量的测试来评估点火系统的设计是否满足发动机的要求。

目前，测试点火能量一般都在测试台上进行离线测试，即利用信号发生器产生方波信号来模拟ECU（电子控制单元）的点火信号，方波信号经过放大电路放大后，驱动点火线圈工作。点火线圈的次级端接上齐纳（Zener）二极管进行放电来模拟火花塞点火的过程，用电压探头和电流探头测得点火线圈次级的电压和电流，经过计算得到点火能量。

现在对发动机进行测试时，只能测试点火线圈的能力，无法对整个点火系统进行测试。实际上，天然气发动机的点火、燃烧过程极其复杂，点火的电压、电流也时刻发生变化，现有测试方法无法对发动机高温、高压的燃烧室内时刻变化的点火电压、电流进行测量。故测试的结果不能准确反映点火线圈的工作状态，对于设计冗余过大的情况就无法发现。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于发动机运行状态下的点火测试系统及测试方法，其操作方便，能在发动机运行状态下进行点火测试，能对发动机进行有效的测试，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述基于发动机运行状态下的点火测试系统，包括安装于台架上的天然气发动机以及拆自于所述天然气发动机的点火线圈；所述天然气发动机的火花塞通过测试高压线与点火线圈的次级线圈连接，点火线圈的初级线圈与所述天然气发动机的电子控制单元的输出端连接；测试高压线上设置有用于获取点火线圈次级线圈电压的电压分压器以及用于获取点火线圈次级线圈电流的电流互感器，所述电压分压器及电流互感器均与显示记录处理装置连接，在天然气发动机的运行工况下，显示记录处理装置将电压分压器获取的电压波形、电流互感器获取的电流波形显示输出，并运算得到点火能量，且将上述对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

所述显示记录处理装置包括示波器以及与所述示波器连接的上位机；示波器与电压分压器、电流互感器连接，以显示输出对应的电压波形、电流波形；示波器根据电压分压器获取的电压波形、电流互感器获取的电流波形运算得到点火能量；示波器将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机内，以在上位机内对天然气发动机的对应运行工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

所述电子控制单元的电源端与供电电源连接。

一种基于发动机运行状态下的点火测试方法，所述点火测试方法包括如下步骤：

a、提供完整待测试的天然气发动机，并将所述天然气发动机安装于台架上，以保证天然气发动机的正常运行；

b、拆出天然气发动机的点火线圈，并将所述点火线圈的次级线圈通过高压测试线与天然气发动机上的火花塞连接，在高压测试线上设置电压分压器以及电流互感器，将电压分压器及电流互感器与显示记录处理装置连接；

c、通过显示记录处理装置显示输出电压分压器获取的电压波形、电流互感器获取的电流波形，并运算得到天然气发动机在当前测试工况下的点火能量；显示记录处理装置将天然气发动机在当前测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储；

d、调整天然气发动机的测试工况，并重复上述测试步骤c，直至完成对天然气发动机的测试要求。

所述显示记录处理装置包括示波器以及与所述示波器连接的上位机；示波器与电压分压器、电流互感器连接，以显示输出对应的电压波形、电流波形；示波器根据电压分压器获取的电压波形、电流互感器获取的电流波形运算得到点火能量；示波器将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机内，以在上位机内对天然气发动机的对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

所述步骤a中，完整带测试的天然气发动机包含电子控制单元、点火线圈及火花塞；从天然气发动机内拆出点火线圈后，电子控制单元的输出端与点火线圈的初级线圈连接；点火线圈、电压分压器及电流互感器均固定在天然气发动机上。

本发明的优点：将天然气发动机的点火线圈拆出，并通过高压测试线与火花塞连接，在天然气发动机运行状态下，通过电压分压器、电流互感器分别获取电压波形及电流波形，通过示波器显示输出对应的波形，通过上位机进行关联存储，从而能够得到高温、高压的燃烧室内时刻变化的点火电压、电流，不仅可以测试点火线圈的性能参数，还可以测试火花塞的击穿电压，反映点火系统的实际工作状态；可以评估点火线圈、火花塞是否满足发动机性能要求；可以分析点火性能参数随发动机工况变化而变化的趋势；通过点火电压、电流的波形可以协助分析发动机缸内燃烧过程，操作方便，提高测试的有效性，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的测试连接示意图。

图2为本发明测试连接电路原理图。

图3为本发明的流程图。

附图标记说明：1-天然气发动机、2-供电电源、3-电子控制单元、4-点火线圈、5-火花塞、6-电压分压器、7-电流互感器、8-高压测试线、9-示波器及10-上位机。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能在发动机运行状态下进行点火测试，能对发动机进行有效的测试，本发明包括安装于台架上的天然气发动机1以及拆自于所述天然气发动机1的点火线圈4；所述天然气发动机1的火花塞5通过测试高压线8与点火线圈4的次级线圈连接，点火线圈4的初级线圈与所述天然气发动机1的电子控制单元3的输出端连接；测试高压线8上设置有用于获取点火线圈4次级线圈电压的电压分压器6以及用于获取点火线圈4次级线圈电流的电流互感器7，所述电压分压器6及电流互感器7均与显示记录处理装置连接，在天然气发动机1的运行工况下，显示记录处理装置将电压分压器6获取的电压波形、电流互感器7获取的电流波形显示输出，并运算得到点火能量，且将上述对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

具体地，点火线圈4原本装配于天然气发动机1上，将点火线圈4从天然气发动机1上拆出后，能保持点火线圈4之前的工作原理及作用，且便于后续的测量要求。电子控制单元3根据天然气发动机1的运行工况，向点火线圈4的初级线圈输出对应的控制信号，以通过点火线圈4的次级线圈在火花塞5上加载高压，从而实现火花塞5在天然气发动机1的燃烧室内点火。点火线圈4加载在火花塞5上的高压并在天然气发动机1的燃烧室内点火后，通过电压分压器6及电流互感器7能获取对应的电压信号、电流信号，通过显示记录处理装置的显示输出，能直观地观察到天然气发动机1运行状态下的各项测试电压、电流波形值，并通过简单的积分运算，得到点火能力值，通过对天然气发动机1相应工况下的电压波形、电流波形及点火能量进行关联存储，能便于对整个天然气发动机1的运行状态测试过程进行追溯，以及对整个天然气发动机1的工作过程进行进一步地了解。本发明实施例中，所述关联存储是指将当前天然气发动机1运行工况的参数、电压波形、电流波形以及点火能量进行一一对应的存储。

所述显示记录处理装置包括示波器9以及与所述示波器9连接的上位机10；示波器9与电压分压器6、电流互感器7连接，以显示输出对应的电压波形、电流波形；示波器9根据电压分压器6获取的电压波形、电流互感器7获取的电流波形运算得到点火能量；示波器9将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机10内，以在上位机10内对天然气发动机1的对应运行工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

所述电子控制单元3的电源端与供电电源2连接。所述供电电源2提供电子控制单元（ECU）3的工作电压。

如图3所示，一种基于发动机运行状态下的点火测试方法，所述点火测试方法包括如下步骤：

a、提供完整待测试的天然气发动机1，并将所述天然气发动机1安装于台架上，以保证天然气发动机1的正常运行；

完整带测试的天然气发动机1包含电子控制单元3、点火线圈4及火花塞5；当然，还包括一些连接用的线束。当将天然气发动机1安装于台架上后，检测天然气发动机1是否运行正常，当天然气发动机1能正常运行时，才能进行后续的运行状态下的点火测试。本发明实施例中，天然气发动机1安装于台架上后，将天然气发动机1与电力测功机连接，并能通过控制转速和油门踏板的开度来实现天然气发动机1的工况的调节变换。

b、拆出天然气发动机1的点火线圈4，并将所述点火线圈4的次级线圈通过高压测试线8与天然气发动机1上的火花塞5连接，在高压测试线8上设置电压分压器6以及电流互感器7，将电压分压器6及电流互感器7与显示记录处理装置连接；

本发明实施例中，由于火花塞5需要安装在天然气发动机1的缸盖上，缸盖中间的孔只能容纳高压测试线8，所以需要从天然气发动机1上拆下点火线圈4，点火线圈4在天然气发动机1上的工作内容不变，只是变化了安装的位置，从而便于测量点火的电压波形、电流波形。点火线圈4、电压分压器6及电流互感器7均固定在天然气发动机1上。

进一步地，点火线圈4拆出后，点火线圈4初级线圈与电子控制单元3的输出端连接。火花塞5通过高压测试线8与点火线圈4的次级线圈连接，主要是通过高压测试线8来承受点火线圈4次级线圈输出的高压，并能通过高压测试线8来设置电压分压器6及电流互感器7，以便对发动机运行状态下的电压波形、电流波形进行采样获取。一般地，高压测试线8在与电压分压器6、电流互感器7连接后需要做好绝缘保护处理，确保整个测试过程中的安全。

c、通过显示记录处理装置显示输出电压分压器6获取的电压波形、电流互感器7获取的电流波形，并运算得到天然气发动机1在当前测试工况下的点火能量；显示记录处理装置将天然气发动机1在当前测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储；

本发明实施例中，显示记录处理装置包括示波器9以及与所述示波器9连接的上位机10；此外，识别器9还能够进行一些简单的积分运算。示波器9根据电压分压器6获取的电压波形、电流互感器7获取的电流波形运算得到点火能量；示波器9将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机10内，以在上位机10内对天然气发动机1的对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

在具体实施时，正确的点火线圈4次级输出波形应包含充电阶段、击穿阶段、电弧维持阶段、电压震荡归零阶段；点火不成功、未形成火花、火花塞电极短路、线圈开路等不正常工作情况都会产生不同的波形。通过对识别器9显示的波形可以判断该次循环的点火是否成功，点火系统的工作是否正常。

点火系统的性能指标一般包括次级输出电压、次级电压上升时间、次级电压上升率、次级放电电流、次级电流持续时间及点火能量。其中次级输出电压、次级电压上升时间、次级放电电流、次级电流持续时间通过示波器9可以直接读取；点火能量是次级输出电压与次级放电电流的乘积在次级电流持续时间内的积分；次级电压上升率是在次级电压上升时间内，次级电压对时间的导数。本发明实施例中，上述说明的电压、电流是通过电压分压器6、电流互感器7采样获取的电压波形值以及电流波形值。获得点火能量的积分运算可以在示波器9内运算完成。

d、调整天然气发动机1的测试工况，并重复上述测试步骤c，直至完成对天然气发动机1的测试要求。

在具体实施时，在天然气发动机1的运行状态进行测试时，需要进行多种运行工况下的测试，因此需要通过控制转速和油门踏板的开度来实现天然气发动机1的工况的调节变换。天然气发动机1的运行工况调节后，需要重复步骤c，以获取天然气发动机1在调整后的运行工况下的各项测试数据，直至完成对天然气发动机1的测试要求，其中，所述测试要求是指测试次数或一些运行状态点的测试，具体可以根据实际测试情况决定。

本发明将天然气发动机1的点火线圈4拆出，并通过高压测试线8与火花塞5连接，在天然气发动机1运行状态下，通过电压分压器6、电流互感器7分别获取电压波形及电流波形，通过示波器9显示输出对应的波形，通过上位机10进行关联存储，从而能够得到高温、高压的燃烧室内时刻变化的点火电压、电流，不仅可以测试点火线圈4的性能参数，还可以测试火花塞5的击穿电压，反映点火系统的实际工作状态；可以评估点火线圈4、火花塞5是否满足发动机性能要求；可以分析点火性能参数随发动机工况变化而变化的趋势；通过点火电压、电流的波形可以协助分析发动机缸内燃烧过程，操作方便，提高测试的有效性，安全可靠。

Claims (6)

1. 一种基于发动机运行状态下的点火测试系统，包括安装于台架上的天然气发动机（1）以及拆自于所述天然气发动机（1）的点火线圈（4）；其特征是：所述天然气发动机（1）的火花塞（5）通过测试高压线（8）与点火线圈（4）的次级线圈连接，点火线圈（4）的初级线圈与所述天然气发动机（1）的电子控制单元（3）的输出端连接；测试高压线（8）上设置有用于获取点火线圈（4）次级线圈电压的电压分压器（6）以及用于获取点火线圈（4）次级线圈电流的电流互感器（7），所述电压分压器（6）及电流互感器（7）均与显示记录处理装置连接，在天然气发动机（1）的运行工况下，显示记录处理装置将电压分压器（6）获取的电压波形、电流互感器（7）获取的电流波形显示输出，并运算得到点火能量，且将上述对应运行工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

2.根据权利要求1所述的基于发动机运行状态下的点火测试系统，其特征是：所述显示记录处理装置包括示波器（9）以及与所述示波器（9）连接的上位机（10）；示波器（9）与电压分压器（6）、电流互感器（7）连接，以显示输出对应的电压波形、电流波形；示波器（9）根据电压分压器（6）获取的电压波形、电流互感器（7）获取的电流波形运算得到点火能量；示波器（9）将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机（10）内，以在上位机（10）内对天然气发动机（1）的对应运行工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

3.根据权利要求1所述的基于发动机运行状态下的点火测试系统，其特征是：所述电子控制单元（3）的电源端与供电电源（2）连接。

4.一种基于发动机运行状态下的点火测试方法，其特征是，所述点火测试方法包括如下步骤：

（a）、提供完整待测试的天然气发动机（1），并将所述天然气发动机（1）安装于台架上，以保证天然气发动机（1）的正常运行；

（b）、拆出天然气发动机（1）的点火线圈（4），并将所述点火线圈（4）的次级线圈通过高压测试线（8）与天然气发动机（1）上的火花塞（5）连接，在高压测试线（8）上设置电压分压器（6）以及电流互感器（7），将电压分压器（6）及电流互感器（7）与显示记录处理装置连接；

（c）、通过显示记录处理装置显示输出电压分压器（6）获取的电压波形、电流互感器（7）获取的电流波形，并运算得到天然气发动机（1）在当前测试工况下的点火能量；显示记录处理装置将天然气发动机（1）在当前测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储；

（d）、调整天然气发动机（1）的测试工况，并重复上述测试步骤（c），直至完成对天然气发动机（1）的测试要求。

5.根据权利要求4所述基于发动机运行状态下的点火测试方法，其特征是：所述显示记录处理装置包括示波器（9）以及与所述示波器（9）连接的上位机（10）；示波器（9）与电压分压器（6）、电流互感器（7）连接，以显示输出对应的电压波形、电流波形；示波器（9）根据电压分压器（6）获取的电压波形、电流互感器（7）获取的电流波形运算得到点火能量；示波器（9）将上述显示输出的电压波形、电流波形以及点火能量传输至上位机（10）内，以在上位机（10）内对天然气发动机（1）的对应测试工况下的电压波形、电流波形以及点火能量进行关联存储。

6.根据权利要求4所述基于发动机运行状态下的点火测试方法，其特征是：所述步骤（a）中，完整带测试的天然气发动机（1）包含电子控制单元（3）、点火线圈（4）及火花塞（5）；从天然气发动机（1）内拆出点火线圈（4）后，电子控制单元（3）的输出端与点火线圈（4）的初级线圈连接；点火线圈（4）、电压分压器（6）及电流互感器（7）均固定在天然气发动机（1）上。