CN1048074C - 内燃机点火特性测试分析系统 - Google Patents

Abstract

内燃机点火特性测试分析系统涉及一种专用于测试和分析内燃机点火特性的测试分析系统，由高压探极、电流探极、数字存贮示波器、微型计算机及其输入输出设备组成。数字存贮示波器通过高压探极和电流探极采集内燃机点火过程脉冲高压和脉冲电流动态时域信号并将其数字化后显示测量其时域波形或存入其存贮器内，微型计算机按照内燃机点火特性专用测试分析程序对其进行分析处理，测试分析结果由微型计算机输出设备显示、打印、绘图或存入磁盘。

Description

内燃机点火特性测试分析系统

本发明涉及一种专用于测试和分析内燃机点火特性的测试分析系统。

内燃机点火特性包括一系列由国际标准或国家专业技术标准规定的内燃机点火过程技术参数，如次级有效电压，断电电流、火花电压，火花电流、火花能量及能量转换效率等。准确及时地测量和分析这些技术参数对于客观地评价内燃机点火性能的优劣和内燃机点火系器件质量的好坏都有着十分重要的意义。最早的内燃机点火特性测试实际上只是一种定性的观察，直到80年代初期才开始了内燃机点火特性的定量检测并建立了相应的点火特性检测系统。目前，最先进的内燃机点火特性检测系统主要由高压探极、电流探极和数字存贮示波器组成，数字存贮示波器通过高压探极和电流探极分别采集内燃机点火过程的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号并将其数字化，数字化以后的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号由数字存贮示波器进行显示测量，或存入示波器存贮器内，待必要时再显示测量。数字存贮示波器检测系统较之定性的观察和初级的定量检测已经有了长足的进步，但由于该系统的显示测量和存贮完全依赖于示波器，因而对内燃机点火特性的测试和分析仍具有很大的局限性。首先，这种系统只能简单地测量、显示或记录点火过程的电压和电流波形，更为重要的能量特性等仍然要依靠人工采用经验公式计算，误差高达30％。而且，电压和电流波形的显示测量是根据示波器显示屏所显示的曲线与显示屏坐标的比较来估计的，因而其准确性较差，检测结果的表现形式也很单一。此外，数字存贮示波器的存贮器容量和显示器面积都很小，存贮和显示的检测数据非常有限，所保存的数据也很容易因操作不当而丢失。

本发明的目的即在于对现有的数字存贮示波器测试系统加以改进，以扩充对内燃机点火特性测试和分析的范围，特别是增加对点火过程能量特性的测试分析功能。与此同时，还希望扩充系统的存贮量，提高系统的测量准确度并使测试结果的表现形式多样化。

为了实现上述目的，本发明在原有数字存贮示波器测试系统的基础上引入微型计算机，以使数字存贮示波器既可独立地、也可在微型计算机的控制下通过高压探极和电流探极分别采集内燃机点火过程的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号并将其数字化，数字化以后的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号由数字存贮示波器显示测量或存入示波器存贮器内，数字存贮示波器显示测量或存贮的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号数据由接口线路进入微型计算机内部存贮器后，微型计算机按照内燃机点火特性专用测试分析程序采用实时或非实时方式对其进行时域分析和能量分析，测量和分析结果由微型计算机输出设备打印、绘图、显示或存入磁盘。以下结合具体实施例对本发明内燃机点火特性测试分析系统的技术特征作进一步的详细说明。

附图1为本发明内燃机点火特性测试分析系统的框图。

内燃机点火系是由多个环节组成的，如汽油机点火系统就包括了蓄电池、点火开关、点火线圈，分电器、电子组件、高压线和火花塞等环节。内燃机点火特性实际上包括了点火系各环节的一系列与点火过程有关的技术参数，如次级有效电压、断电电流，火花电压，火花电流、火花能量等、国际标准或国家专业技术标准所规定的点火技术参数虽然为数颇多，但大都与点火过程中各环节的电压、电流动态时域信号有直接或间接的关系。在本系统中，点火系各环节电压、电流时域信号是分别通过高压探极和电流探极采集的。高压探极用于点火系各环节脉冲高压的动态测量，其电压衰减比为1/1000，最大输入电压为60KV，频率宽度为20HZ-10MHZ。电流探极用于点火系各环节脉冲电流的动态测量，其电流电压转换比为1∶1(A/V)，电流上升速率为150A/μS。

数字存贮示波器的作用是将高压探极和电流探极采集的电压电流动态时域信号数字化并实时显示测量电压电流时域波形或存入示波器存贮器内，其模拟带宽大于或等于0-10MHZ，采样速率大于或等于20MSa/S，存贮容量大于或等于2×8blt×1024点，其存贮器为非易失存贮器。数字存贮示波器还配有与微型计算机连接的接口，其上述功能既可独立完成，也可在微型计算机控制下完成。

数字存贮示波器采集或存贮的原始数据由接口线路传入微型计算机后，微型计算机即按照内燃机点火特性专用测试分析程序对其进行时域分析、能量分析和频域分析，以获得有关的特征参数。首先，对传送到微机内存中的原始数据进行还原处理，以得到电压电流的实际数值并以数组的形式加以编排存入磁盘中。在原始数据的还原处理过程中，同时计算出与电压电流动态时域波形直接有关的某些特征参数。在获得电压电流的实际数组之后，根据积分求能量的原理，利用各时间点的电压电流值和时间值并采用梯形迭代法进行逐点积分运算，以求得点火过程的能量数组并存入磁盘中。

为了更仔细地观察和分析点火过程中电压电流的实时特性以及能量相对于电压电流时域波形的分布与走势，本系统还可在微型计算机的显示器屏幕上绘制电压电流及能量曲线。为了能适应不同数值范围和不同性质的曲线，以便充分利用屏幕面积，获得最佳的显示效果，本系统不采用固定的曲线坐标系，而是根据数据的数值范围和时间范围以及特征参数来生成特定的曲线坐标系。坐标平面的形式为方格，纵向定为8个分格，横向分为10个分格(与示波器坐标平面一致)。绘制电压电流曲线时，首先在屏幕上画出标题和坐标平面，然后根据数组中的数值用画点语句逐点绘制电压和电流波形。在时间轴上，将1024个采样点与屏幕上的横向640象素按比例分配在屏幕纵向象素点上。为了使曲线清晰分明，在点与点之间用画线语句画上直线段。完整的曲线绘成之后，再在屏幕上打出各种特征参数及提示语句。根据需要，还可以对曲线的某个局部在时间轴上进行扩展显示。能量曲线的绘制与电压电流曲线的绘制基本相同。

点火系各环节的能量转换效率也是点火系的重要特征参数，本系统对各环节能量转换效率的计算是与能量转换效率曲线的绘制同时进行的。在屏幕上先画出图形区和数据表，在计算出或从磁盘中读入一个能量数据后先填入数据表，再计算出本环节与前一环节或本环节与点火线圈初级能量数值的百分比，即本环节的能量转换效率、然后以彩色矩形条的形式将能量曲线绘制在图形区中并将能量转换效率填入相应的数据表中，直至读完指定环节的能量并运算处理完毕。

一般来说，在点火过程的起始阶段都有很高的电流尖脉冲，其峰值可达正常电流值的数百倍，甚至上千倍，它是由器件电容引起的瞬时放电，该电流脉冲是点火过程的重要的电磁干扰源。因此，分析点火过程电压电流的频谱特性对于研究点火系的抗干扰性能和测试设备本身的性能都有很重要的意义。本系统的FFT频域分析只对电压电流波形进行，首先将所指定的电压电流数组波形逐点画在屏幕上方，然后对其进行FFT运算并将所得到的频域数据组逐点画在屏幕上，最后在屏幕上给出必要的参数及提示语句。

借助于内燃机点火特性专用测试分析程序的输出软件，可将时域分析、能量分析或频域分析的所有计算结果存贮在磁盘中或以表格的形式输出到打印机上，还可将绘制的各种图形曲线拷贝到打印机上或从绘图仪中输出。

本发明内燃机点火特性测试分析系统除可对内燃机点火过程的电压电流波形进行时域分析外，还可对点火过程进行能量分析和频域分析，而且其准确性很高，分析结果的表现形式也多样化。此外，本系统的存贮容量和显示器面积较之数字存贮示波器系统大大增加，所保存的数据也很安全，不致因操作不当而丢失，因此，本系统特别适用于内燃机点火特性的测试和分析。

Claims (2)

1、一种专用于测试和分析内燃机点火特性的内燃机点火特性测试分析系统，其特征在于它是由高压探极和电流探极、数字存贮示波器、微型计算机及其输入输出设备组成，数字存贮示波器独立地或在微型计算机控制下通过高压探极和电流探极分别采集内燃机点火过程各环节的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号并将其数字化，数字化后的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号由数字存贮示波器实时显示测量其时域波形或存入示波器存贮器内，数字存贮示波器显示测量或存贮的脉冲高压和脉冲电流动态时域信号数据由接口线路进入微型计算机存贮器后，微型计算机按照内燃机点火特性专用测试分析程序采用实时或非实时方式对其进行时域分析和能量分析，测量和分析结果由微型计算机输出设备显示、打印、绘图或存入磁盘。

2、根据权利要求1所述的内燃机点火特性测试分析系统，其特征在于所述时域分析和能量分析程序是，首先对传入微型计算机内存中的电压电流原始数据进行还原处理，以得到电压电流的实际数值，同时计算出与电压电流动态时域波形直接有关的特征参数，然后利用各时间点的电压电流值和时间值并采用梯形迭代法进行逐点积分运算，以求得点火系各环节的能量，然后计算出本环节与前一环节或本环节与点火线圈初级能量的百分比即本环节的能量转换效率。

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