CN202305219U

CN202305219U - 发动机燃烧在线测量仪

Info

Publication number: CN202305219U
Application number: CN2011203778613U
Authority: CN
Inventors: 吴筱敏; 高忠权
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种发动机燃烧在线测量仪。该测量仪由正极和负极组成的电极，保护电路，100～500V的直流电源和检测电路组成。当发动机工作时，通过检测流经电极之间的离子电流及离子电流大小的变化，从而判断发动机的工作状态，如点火、燃烧、失火和爆震等。通过对电火花点火前离子电流的测量还可测定火花塞热值。由于不使用专用传感器，本测量仪结构简单、价格低廉、体积小、测定迅速、响应时间、准确率高，可实现高温高压下连续检测，适用于发动机及其它热能机械。

Description

发动机燃烧在线测量仪

技术领域：

本实用新型涉及传感器和发动机工作过程参数测定领域，尤其是一种用于发动机工作过程信号监测及检测系统，如用于发动机点火、燃烧、失火、爆震以及火花塞热值的测定。

背景技术：

随着我国汽车工业的迅速发展和汽车保有量的不断增加，燃料的消耗以及汽车尾气的排放量也在大幅度增加。因此，节约能源与降低汽车尾气污染已成为我国汽车工业当前迫切需要解决的主要问题。众所周知，燃烧无论对于汽车的动力性、经济性还是排放性都起到重要的作用，而发动机中的燃烧通常又分为正常燃烧和非正常燃烧，在这些非正常燃烧中，爆震和失火是最为常见的。所以，在燃烧的测量中必须对这两种现象进行及时准确的识别，以保证燃烧的正常进行。目前常用的爆震测量方法有气缸压力法、机体振动法、燃烧噪声法和光探测法。气缸压力法需要在发动机缸盖上安装专用压力传感器，在气缸盖上设计和加工出安装的位置，并且由于压力传感器不能直接在高温下工作，而发动机燃气瞬时最高温度可达2000℃以上，气缸盖的工作温度也可高达300～400℃，因此还需要一套复杂的冷却系统，所以，这一方法存在着传感器安装不便和成本升高的问题。机体振动法在发动机高速运行时，由进、排气门落座以及活塞摆动所产生的频率会出现在由爆震所产生的频率范围内，由此会对机体振动法的测量结果产生干扰，降低该测量的信噪比；燃烧噪声法测量的信号也同样存在信噪比低，检测可靠性差的缺点。光探测法所采用的光纤爆震传感器则存在易于污染和积碳，可靠性差等问题；失火的诊断通常也采用气缸压力法和速度测量法。气缸压力法同样存在上述压力传感器所存在的问题；而速度测量法则存在着检测系统复杂，计算工作量较大以及在工况变化中，难以保证故障判断和定位准确性等问题。以上这些缺点限制了这些方法的实际应用，在很大程度上制约了发动机的优化控制。另外，由于发动机强化程度的增加，火花塞可能会出现炽热点火，对于这种炽热点火(火花塞热值)的测量，一般都是由专门的火花塞热值测量设备测量，而这种方法的测量成本较高。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种燃烧在线测量仪。用于燃烧在线测量时，该方法可直接用于火花点火式发动机，利用安装于汽车发动机上的火花塞，检测燃气燃烧过程中流经火花塞间的离子电流以及离子电流密度的变化；也可以用于压燃式发动机，通过在汽缸上直接安装电极的方式检测燃气燃烧过程中流经电极间的离子电流以及离子电流密度的变化。通过上述两种方式实现缸内点火、失火、爆震和燃烧品质优劣的无附加传感器测量，以及汽车发动机等热力机械燃烧过程无冷却和无传感器的自动检测，发展一种耐高温、使用可靠、成本低廉、测定迅速、响应时间快和连续检测的发动机燃烧在线测量传感器，为提高车用发动机燃烧效率和改善燃烧品质，实现汽车在复杂路况实际运行中的高效清洁燃烧提供一种新型的测量系统。用于火花塞热值测量时，该方法可通过由火花塞热点点燃发动机，在火花塞尚未进行高压点火时形成早燃，并通过测量早燃的离子电流，低成本的实现火花塞热值的测定。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种发动机燃烧在线测量仪，包括由正极和负极构成的电极本体、保护电路、直流电源和检测电路，所述保护电路由高压硅堆和电阻并联组成，直流电源由低压电池或低压蓄电池与高压升压直流电源模块并联组成，检测电路由电阻和电容并联组成。

所述的高压硅堆连接于电极的正极和直流电源之间。

当点火高压的正极与电极的正极相连接时，所述的高压硅堆的负极与电极的正极相连接，高压硅堆的正极与直流电源的正极相连接，直流电源的负极与测量电路相连接；

而当点火高压的负极与电极的正极相连接时，所述的高压硅堆的正极与电极体的正极相连接，高压硅堆的负极与直流电源的负极相连接，直流电源的正极与测量电路相连接。

所述的电极为电火花点火电极。

所述的直流电源的额定工作电压为100～500V。

在火花塞电极或附加电极上加一适当的直流电压，使电极两端产生一定的电势差，当燃气燃烧时，燃气与氧气发生作用，生成CHO⁺、C₃H₃ ⁺、C₂H₂ ⁺、CH₃ ⁺、CH₃O⁺、CH₃H₃ ⁺、NO⁺、e^-等大量离子和电子，这些燃气离子和电子通过火花塞电极或附加电极间隙即在测量回路中产生离子电流，离子电流的大小或密度的变化与发动机是否点火、燃烧以及燃烧品质优劣有直接的关系。当发动机点火时，点火高压通过点火电极形成感应电势，在测量电路中形成明显的点火信号，而由于点火故障无法完成点火时，则测量电路没有点火信号，由此可以判断发动机的失火；当点火成功后，由燃烧产生的离子即可通过电极间隙形成离子电流；反之，当发动机由于缺火、贫油、压缩不良等原因而造成不完全燃烧或燃烧质量较差时，由于燃气与氧气未能充分发生反应或者根本就无法发生反应，产生的离子数量就大大减少，通过火花塞电极或电极间隙的离子电流也相应的大大减少。因此通过测量电极之间离子电流的大小或密度变化就能准确地判断出发动机是否有效燃烧，以及燃烧品质的优劣；当发动机发生爆燃时，由于燃烧产生的压力迅速升高，压力波在缸内迅速反复传播造成离子电流出现明显的脉动，与正常燃烧的光滑曲线形成明显的差异，由此可以准确的判断发动机是否爆燃；另外，当火花塞的热点形成早燃时，在火花塞高压电尚未通过火花塞点火时已经产生燃烧，在火花塞间隙间形成离子电流，由此即可通过火花塞点火前燃烧所产生的离子电流测定火花塞的热值。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例示意图。

其中：1为电极本体；2为正电极；3为负电极；4为保护电路；5为直流电源；6为测量电路；7为绝缘体；8为直流电压升压模块；9为点火控制器；D为高压硅堆；R1为第一电阻；R2为第二电阻；E为低压蓄电池；R3为点火线圈初级；R4为点火线圈次级。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

在附图1中，电极本体1由正电极2和负电极3组成，其中负电极3接地并与测量电路6连接，正电极2与保护电路4相连后，再通过直流电源5与测量电路6连接。当燃气燃烧时，在电极本体1附近产生大量离子，通过保护电路4加在电极本体1上的直流电源5，可使电极本体1正负电极之间的离子定向运动从而形成离子电流，通过测量电路6即可得到与燃烧状态相应的离子电流。

在附图2中，电极本体1由固定在绝缘体7上的正电极2和负电极3组成，保护电路4由高压硅堆D和电阻R1并联组成，并与正电极2相连，直流电源5由低压蓄电池E和直流电压升压模块8并联组成，其高压端与硅堆D相连接，测量电路6由电阻R2和电容C并联组成，通过电阻R2两端输出离子电流测量信号，控制电极点火的装置由点火控制器9、初级线圈R3和次级线圈R4组成。控制器9控制点火系统点火，并通过初级线圈R3和次级线圈R4升压，使电极本体1正负电极之间产生高压击穿电极间的介质产生电火花，点燃混合气，燃气燃烧并产生大量正负离子和电子。由蓄电池E和直流电压升压模块8并联组成的高压直流电源通过高压硅堆D加在正负电极之间，使电极间隙附近的离子和电子定向移动并产生离子电流，而高压硅堆D与正电极2和电源5之间的连接方式同时又阻断点高压电进入检测电路6。由于点火、失火、燃烧和爆震等都将影响离子电流的大小、浓度以及变化频率等参数，因此离子电流参数的变化通过测量电阻R2转换为电压的变化并输出。另外，为了确保电极适应热力机械燃烧室的工作环境，电极本体1的正负电极由耐高温合金材料制成，如镍锰等耐热合金材料，绝缘体7由耐高温绝缘材料制成，如陶瓷、刚玉瓷等，以保证电极的耐高温特性及两电极之间的绝缘特性。正负电极之间的间隙一般在0.7mm-1.5mm之间。

为了防止高压点火脉冲对测量电路6和采集信号等的干扰，所设置信号保护电路高压硅堆D的接法适用于以下原则，当点火线圈次级R4的正极与正电极2相连接时，高压硅堆D的负极与电极体的正极2相连，高压硅堆D的正极与直流电源5的正极相连，直流电源5的负极与测量电路6相连；当点火线圈次级R4的负极与正电极2相连接时，高压硅堆D的正极与正电极2相连接，高压硅堆D的负极与直流电源5的负极相连接，直流电源5的正极与测量电路6相连。

一般用于点火的电极可采用电火花点火器，如汽油机中的火花塞。输出的信号可通过一般信号处理技术进行检测和处理，例如采用高速数据采集系统、计算机、数字示波器等。

本实用新型可用于点燃或压燃式发动机等热力机械，实现发动机工作过程信号参数，如点火、失火、压力、爆震等无专用传感器的在线测量和随机监测，发展成为一种具有学术意义和实用价值的燃烧检测及测控系统，为汽车发动机电控开辟一条新路。也可用于火花塞热值的测定。本实用新型结构简单、工作可靠、耐高温、成本低、便于微型化和普及应用，同时还具有测定迅速、响应时间快、准确率高和可实现连续检测等特点，具有良好的效果和工程应用价值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种发动机燃烧在线测量仪，包括由正极和负极构成的电极本体、保护电路、直流电源和检测电路，其特征在于：所述保护电路由高压硅堆和电阻并联组成，直流电源由低压电池或低压蓄电池与高压升压直流电源模块并联组成，检测电路由电阻和电容并联组成。

2.如权利要求1所述的燃烧在线测量仪，其特征在于：所述的高压硅堆连接于电极的正极和直流电源之间。

3.如权利要求1或2所述的燃烧在线测量仪，其特征在于：

4.如权利要求1所述的燃烧在线测量仪，其特征在于：所述的电极为电火花点火电极。

5.如权利要求1所述的燃烧在线测量仪，其特征在于：所述的直流电源的额定工作电压为100～500V。