CN112945457B - 一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法 - Google Patents

一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，该方法首先通过在燃烧室内壁面形成基本均匀分布的积碳，并使用内窥镜观测系统观察并记录燃烧室内壁面的积碳形貌，然后控制发动机出现爆震，爆震强度不致使发动机损坏，并使用内窥镜观测系统观察并记录燃烧室内壁面的积碳形貌，最后对比爆震发生前后燃烧室内壁面的积碳形貌，通过积碳形貌变化特征判断出燃烧室内爆震发生的区域。本发明无需对燃烧系统进行可视化改造或安装光信号监测系统，即可实现对真实发动机燃烧室内爆震区域的分析判断，解决了现有技术手段成本高、实施难的问题。

Description

一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法
技术领域
本发明涉及活塞发动机领域，特别是涉及一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法。
背景技术
目前，活塞发动机爆震特性试验研究的常规方法是利用放置在燃烧室壁面的缸压传感器监测燃烧时的缸压信号，或者在缸盖或机体上安装加速度传感器监测爆震时压力波引起的缸体振动信号，通过缸压曲线或缸体振动强度曲线来判断爆震的发生，这种方法仅能判断爆震是否发生，不能确定缸内爆震发生的区域，不利于进一步确定爆震发生的原因。
现有的可确定爆震发生区域的方法为光学观测方法，比如对燃烧室进行可视化改造，利用高速摄像仪等设备直接观察燃烧室内的爆震发生区域，或者根据国内发明专利“发动机缸内爆震位置检测系统和方法”，专利号：(CN201510021512.0)，在火花塞上集成光纤观测系统，检测爆震时发出的光信号判断燃烧室爆震区域，但是光学观测方法花费高，实施难度大，而且受限于光学部件的结构强度和耐高温性能等，较难还原真实发动机在大负荷工况下发生爆震时燃烧室内的环境。
因此，现有活塞发动机爆震检测方法中，常规方法无法确定燃烧室内爆震区域，而光学观测方法虽然可以确定爆震区域，但需对发动机进行光学改造，成本高、实施难，而且难以应用于真实发动机在大负荷工况下的爆震环境。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，该方法无需对发动机进行任何改造，根据活塞发动机发生爆震时，爆震区域温度和压力急剧升高，从而灼烧壁面积碳这一原理，通过观测、对比燃烧室内壁面积碳在爆震发生前后的形貌，判断出爆震发生区域。
为了达到上述目的，提供如下技术方案：
一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、运行发动机，控制所述发动机处于怠速工况运行，使所述发动机处于富油燃烧状态；
步骤S2、停止运行发动机，获取并记录所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第一图像；
根据获取的第一图像，判断所述燃烧室是否形成基本均匀的积碳，若未形成，则回到步骤S1，继续运行发动机，直至所述燃烧室的内壁上形成基本均匀的积碳；
步骤S3、运行发动机，使得所述发动机处于大负荷工况的情况下运行，通过调节相关参数使得所述发动机发生爆震现象；
步骤S4、停止运行发动机，获取并记录所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第二图像；
比对所述第一图像上的积碳形貌与所述第二图像上的积碳形貌是否存在明显差异，若不存在明显差异，则重复步骤S3直至所述第二图像相对于所述第一图像存在明显差异；
步骤S5、根据所述第二图像中积碳因烧蚀、剥落造成的形貌变化情况确定燃烧室内爆震发生的区域。
进一步的，通过将内窥镜观测系统伸入所述发动机的燃烧室获取所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，所述内窥镜观测系统包括双高清观测镜头和显示屏，所述双高清观测镜头上附有前镜头和侧镜头。
进一步的，所述积碳形貌包括积碳的分布位置、分布形状、粗糙度、厚度以及颗粒排列结构。
进一步的，在所述步骤S2中，所述基本均匀的积碳的判断标准为：当燃烧室内壁面超过90％的面积被积碳覆盖；
进一步的，在所述步骤S3中，通过爆震监测系统获取所述发动机的缸压信号或缸体振动信号，通过获得的所述缸压信号或所述缸体振动信号，提取实时爆震强度；
再通过提取到的实时爆震强度，控制所述实时爆震强度小于所述发动机爆震极限；
所述调节相关参数包括：增大点火提前角，或者减少喷油量。
进一步的，所述内窥镜观测系统通过所述火花塞安装孔或所述排气道伸入所述燃烧室。
本发明的有益效果是：
本发明提出的活塞发动机燃烧室爆震区域的检测方法，首先通过控制发动机处于怠速、富油燃烧工况，使燃烧室内壁面形成基本均匀分布的积碳，然后控制发动机出现爆震，最后借助发动机自身具有且将燃烧室与外界连通的通道，将内窥镜摄像头伸入燃烧室，观测爆震发生前后燃烧室内壁面积碳形貌，并根据积碳因烧蚀、剥落等造成的形貌变化特征判断燃烧室内爆震区域，解决了现有技术手段实现燃烧室爆震区域检测必须对发动机进行改造的问题。
附图说明
图1为实施例1中提供的一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法流程示意图。
图2为实施例1中采用的内窥镜观测系统以及活塞发动机的结构示意图。
附图标记说明：
110-双高清摄像头、111-前镜头、112-侧镜头、120-显示屏、210-燃烧室、220-排气道、230-火花塞安装孔、240-活塞、250-气缸头、300-爆震监测系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1和图2，本实施例1提供一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，包括如下步骤：
401、运行发动机，控制发动机处于怠速工况运行，并适当增加喷油量，使发动机处于富油燃烧状态，该种操作的目的在于：容易生成积碳。
402、停止运行发动机，待燃烧室冷却后，获取并记录燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第一图像；根据获取的第一图像，判断燃烧室是否形成基本均匀的积碳，若未形成，则回到401，继续运行发动机，直至燃烧室的内壁上形成基本均匀的积碳。
具体的说，在本实施例中，积碳形貌包括积碳的分布位置、分布形状、粗糙度、厚度以及颗粒排列结构；形成基本均匀的积碳的判断标准为：当燃烧室内壁面超过90％的面积被积碳覆盖。
403、运行发动机，使得发动机处于大负荷工况的情况下运行，通过调节相关参数，比如增大点火提前角，或者减少喷油量，使得发动机发生爆震现象；当发生爆震后，持续N秒，然后减小油门开度，停止发动机；其中，爆震持续时长N应能保证发动机不致损坏，应当明确，N根据发动机种类和所处工况有所不同。
更具体的说，在本实施例中，通过采取逐渐增加点火提前角等手段，控制使发动机逐渐发生爆震，并且爆震强度逐渐增加，在爆震强度达到一定程度时，保持点火提前角等控制参数不变，防止爆震强度过大，使发动机损坏。
404、停止运行发动机，获取并记录燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第二图像；比对第一图像上的积碳形貌与第二图像上的积碳形貌是否存在明显差异，若不存在明显差异，则重复步骤S3直至第二图像相对于第一图像存在明显差异。
405、根据第二图像中积碳因烧蚀、剥落造成的形貌变化情况，确定燃烧室内爆震发生的区域。
具体的说，在步骤402和步骤404中，是通过将内窥镜观测系统伸入发动机的燃烧室获取燃烧室内壁上积碳形貌的图像。
更具体的说，参见图2，在本实施例中，采用的内窥镜观测系统包括：双高清摄像头110和显示屏120，其中双高清摄像头110包括前镜头111和侧镜头112；在本实施例中，用于爆震强度监测的系统为爆震监测系统300；在本实施例中，采用的活塞发动机包括：燃烧室210、排气道220、火花塞安装孔230、活塞240和气缸头250。
燃烧室210结构简单，活塞240位于上止点TDC时，由活塞240的顶面、气缸头250的底面和气缸壁围成的封闭空间；火花塞安装孔230布置在气缸头250的顶部，将燃烧室210与外界相连；排气道220在活塞240位于下止点BDC时，将燃烧室210与外界相连；气缸头250上未附有运动部件。
为了达到更好的技术效果，在本实施例中，将内窥镜观测系统的双高清摄像头110由排气道220或者火花塞安装孔230伸入燃烧室210时，双高清摄像头110应使活塞240应位于下止点BDC位置，此时缸内活动空间最大，便于双高清摄像头110在燃烧室210内调整观测角度，并避免内窥镜触碰燃烧室内壁，防止破坏积碳形貌。
工作原理：
活塞发动机在怠速工作状态下，处于富油燃烧时，容易在燃烧室内壁面形成积碳，另外，活塞发动机火花塞置于远离壁面处，爆震会发生在紧靠壁面区域。因此，当发生爆震时，由于爆震区域的混合气快速自燃放热，导致爆震区域的温度和压力急剧上升，在高温作用下，爆震区域的积碳会被灼烧、剥落。本发明根据上述原理，首先在燃烧室内壁形成基本均匀分布的积碳，再控制发动机发生爆震，最后对比发生爆震前后燃烧室内壁面积碳形貌，根据积碳剥落位置和剥落程度等形貌变化特征，检测出爆震发生区域。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、运行发动机，控制所述发动机处于怠速工况运行，使所述发动机处于富油燃烧状态；
步骤S2、停止运行发动机，获取并记录所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第一图像；
根据获取的第一图像，判断所述燃烧室是否形成基本均匀的积碳，若未形成，则回到步骤S1，继续运行发动机，直至所述燃烧室的内壁上形成基本均匀的积碳；
步骤S3、运行发动机，使得所述发动机处于大负荷工况的情况下运行，通过调节相关参数使得所述发动机发生爆震现象；
步骤S4、停止运行发动机，获取并记录所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，该图像为第二图像；
比对所述第一图像上的积碳形貌与所述第二图像上的积碳形貌是否存在明显差异，若不存在明显差异，则重复步骤S3直至所述第二图像相对于所述第一图像存在明显差异；
步骤S5、根据所述第二图像中积碳因烧蚀、剥落造成的形貌变化情况，确定燃烧室内爆震发生的区域；
在所述步骤S3中，通过爆震监测系统获取所述发动机的缸压信号或缸体振动信号，通过获得的所述缸压信号或所述缸体振动信号，提取实时爆震强度；
再通过提取到的实时爆震强度，控制所述实时爆震强度小于所述发动机爆震极限；
所述调节相关参数包括：增大点火提前角，或者减少喷油量。
2.根据权利要求1所述的一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，通过将内窥镜观测系统伸入所述发动机的燃烧室获取所述燃烧室内壁上积碳形貌的图像，所述内窥镜观测系统包括双高清观测镜头和显示屏，所述双高清观测镜头上附有前镜头和侧镜头。
3.根据权利要求2所述的一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，所述积碳形貌包括积碳的分布位置、分布形状、粗糙度、厚度以及颗粒排列结构。
4.根据权利要求3所述的一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述基本均匀的积碳的判断标准为：当燃烧室内壁面超过90%的面积被积碳覆盖。
5.根据权利要求2所述的一种活塞发动机燃烧室内爆震区域的检测方法，其特征在于，所述发动机包括燃烧室、排气道、火花塞安装孔、活塞和气缸头；
所述内窥镜观测系统通过所述火花塞安装孔或所述排气道伸入所述燃烧室。
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