一种内燃机燃烧过程表征参数测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种内燃机燃烧过程表征参数测试方法及装置，装置包括传感器单元、信号处理单元及显示终端，传感器单元获取内燃机的缸内压力和角标信号与同步信号，将其传送至信号处理单元，信号处理单元包括信号处理电路、单片机及外围电路，信号处理电路的模拟信号处理电路接收缸内压力，将其传输给单片机的模数转换引脚，信号处理电路的脉冲处理电路接收角标信号和同步信号，单片机计算得到表征燃烧过程的参数值，通过显示终端进行显示，本发明专利技术支持两种模式，如果使用者仅关心压力及压力升高率变化趋势、压力峰值及压力升高率峰值，则采用简易采样模式，仅需安装缸内压力传感器即可；如果想进一步得到角度信息，则加装角标器即可实现功能的拓展。

【技术实现步骤摘要】
一种内燃机燃烧过程表征参数测试方法及装置
本专利技术涉及一种内燃机燃烧过程表征参数测试方法及装置。
技术介绍
内燃机缸内燃烧压力及压力升高率等燃烧过程表征参数蕴含了缸内燃烧过程的丰富信息，这些信息能够为内燃机的研发及性能改进提供重要的参考依据。燃烧过程表征参数测试装置一般由测试装置、处理及显示装置等部分组成。测试装置用于测试压力信号，而处理及显示装置则用于对测试的信号进行处理及显示。目前缸内压力测试系统主要包含两类：一类是手持式压力测试仪，一般都采用指针式压力表头，通过管路连接至发动机的喷油器或火花塞安装位置，用于测试发动机的压缩压力，这类设备仅能够测试最大压缩压力，无法得到整个过程的压力曲线，且仅能够在纯压缩的过程进行测试，无法得到燃烧时的压力曲线，目前仅用于对发动机气缸的密封性能进行测试；另一类是内燃机燃烧分析仪，以计算机为平台，基于高速数据采集系统开发，通过压力传感器测试燃烧压力曲线，并进行相关的分析，此类设备价格昂贵，一般都在十万元以上，另外，由于设备体积大、携带不便，在某些现场实验的场合无法应用。根据上述对目前两种常见的压力测试装置的分析可知，手持式压力测试仪结构简单、价格低廉，但功能有限，目前一般是用于对发动机的压缩压力进行测试，反映气缸的密封性能，无法满足燃烧过程压力测试的需要；内燃机燃烧分析仪功能满足要求，但由于价格昂贵、携带不便等特点，多用于实验室等固定场合试验中，无法大量的推广应用。综上可知，目前缺少一种介于上述两种内燃机压力测试装置之间的测试方法及装置，这种测试方法及装置既具有便于携带、价格低廉的特点，又能够满足燃烧过程测试分析的需要。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种内燃机燃烧过程表征参数测试方法及装置，本装置具备两种工作模式：1)简易采样模式：该模式下仅需要安装缸压传感器即可，通过缸压信号可以得到缸压曲线及压力升高率曲线，据此可以得到压力峰值及压力升高率峰值，此外，根据缸压信号还可以得到发动机转速；2)复杂采样模式：该模式下除了安装缸压传感器外，还需角标信号和同步信号提供角度信息，因此该模式不仅可以得到压力峰值及压力升高率峰值，还能够得到两参数出现的相位及与曲轴转角相关的压力曲线和压力升高率曲线。装置使用时，根据实验的需求选择相应的模式即可。提出的装置不仅可以输入220V交流电，还可以利用发动机启动用蓄电池提供电源，尤其适用于现场测试的场合。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种内燃机燃烧过程表征参数测试装置，包括传感器单元、信号处理单元及显示终端，其中，传感器单元用于获取内燃机的缸内压力和角标信号与同步信号，并输入至信号处理单元，信号处理单元包括信号处理电路、单片机及外围电路，信号处理电路的模拟信号处理电路接收缸内压力，将其传输给单片机的模数转换引脚，信号处理电路的脉冲处理电路接收角标信号和同步信号，将其传输给单片机，单片机计算得到表征燃烧过程的参数值，通过显示终端进行显示。所述传感器单元，包括缸压传感器和角标器，其中，缸压传感器安装在发动机缸盖上，通过测压通道连接至发动机的燃烧室，角标器通过弹性联轴器连接至发动机的曲轴。所述缸压传感器测试的缸内压力为模拟信号，角标器输出两种脉冲信号：角标信号和同步信号，其中角标信号每当曲轴旋转一圈时输出多个脉冲信号，同步信号每当曲轴旋转一圈时只输出一个脉冲信号，该信号用于反映上止点的位置。所述角标器输出的角标及同步信号经过整形电路处理成标准的TTL电平信号，送入单片机的输入捕捉功能引脚中。所述信号处理单元，包括信号处理电路、单片机、通讯电路、存储电路和实时时钟电路，其中，信号处理电路连接单片机，实时时钟电路和存储电路连接单片机，单片机通过通讯电路连接显示终端。所述显示终端包括工作模式选择模块、通道标定模块、找上止点模块、信号测试模块、数据显示模块及测试结果存储模块，其中：所述工作模式选择模块，用于选择测试装置的当前模式；所述通道标定模块，用于控制信号处理单元进入标定状态，在每个标定点采集缸内压力传感器的信号，对传感器及测试通道进行整体标定；所述找上止点模块，用于在每次重新安装角标器后，确定同步信号与发动机压缩上止点间的角度间隔，保证峰值压力出现时刻及最大压力升高率出现时刻角度参数的准确性；所述信号测试模块，用于控制信号处理单元按照选择的工作模式采集缸内压力信号；所述数据显示模块，用于将测试的压力曲线及计算得到的燃烧过程表征参数显示；所述测试结果存储模块，用于将计算得到的燃烧过程表征参数进行存储。一种基于上述内燃机燃烧过程表征参数测试装置的简易采样模式工作方法，包括以下步骤：(1)按照设定的采样频率采集固定点数的缸压信号；(2)从采集的信号中找一个完整的循环，如果采集的信号不够一个循环，则将采样频率降低1倍，重复(1)的操作，直到能够能到一个完整循环再执行后续操作；(3)根据当前的采样频率及一个循环的采样点数确定当前一个循环的时间，并计算在当前的循环时间内一个循环采集N个点需要的采样频率；(4)按照该采样频率采集2N个数据；(5)从采集的2N个数据中提取一个完整循环的压力曲线，计算得到压力升高率曲线，据此得到压力峰值及压力升高率峰值。所述步骤(1)中，如果当前系统刚开始工作，正在进行第一次数据采集，则按设定转速下，设定的采样点数能够采集N个数据确定采样频率，当发动机正常运行时，转速均高于设定转速，设定的采样点数能够采集更长的时间，更能保证获取一个完整循环的缸压数据；如果已经不是第一次采集，则按上一次的频率采集数据。设定转速为400r/min。所述步骤(2)的具体方法为：在测试的缸压信号中设定一个限值，在曲线中找到经过限值两个点所在的位置P1和P2，则P2减去P1即为一个完整循环的点数，在找完整循环的时候限值不能设为固定值，应能自动调整。所述步骤(2)中，具体方法包括：1)限值的确定：按固定的点数采集数据，对采集的数据通过滑动滤波进行处理，减弱干扰信号的影响，从处理后的数据中找最大压力值Pmax和最小压力值Pmin，限值I等于(Pmax-Pmin)/2，限值II等于(Pmax-Pmin)/4；2)循环时间的确定：确定一个循环始点的时候，首先找连续2个超过限值I的点P1和P2，如果P1超过限值I，而P2低于限值I，则认为当前点是干扰信号，再重新向后找两个连续高于限值I的点；找到这两个点后，再找连续两个低于限值II的点，如果P3和P4两个连续采样点都低于限值II，则认为从P4开始是一个循环的开始时刻，同理一个循环的结束时刻也用这种方法确定。一种基于上述内燃机燃烧过程表征参数测试装置的复杂采样模式工作方法，包括以下步骤：角标器产生同步信号和角标信号，两个信号经过整形电路处理后进入单片机的输入捕获功能引脚产生中断，在第一次进入同步信号中断时允许采集数据，此后每个角标信号到来时，在其中断函数中控制单片机的模数转换单元采集一次数据，本方法采用的角标信号每1度曲轴转角产生一个，连续采集多个循环的数据，并进行平均处理得到一个完整循环的压力数据。复杂采样模式工作方法中，找上止点过程为：发动机不燃烧，在电机的反拖下运转，通过显示终端给信号处理单元发送采集数据命令测试发动机反拖过程的压缩压力，该压力信号的峰值是发动机的压缩上止点，据此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机燃烧过程表征参数测试装置，其特征是：包括传感器单元、信号处理单元及显示终端，其中，传感器单元用于获取内燃机的缸内压力和角标信号与同步信号，将其发送给信号处理单元，信号处理单元包括信号处理电路和单片，信号处理电路的模拟信号处理电路接收缸内压力，将其传输给单片机的模数转换引脚，信号处理电路的脉冲处理电路接收角标信号和同步信号，将其传输给单片机，单片机计算得到表征燃烧过程的参数值，通过显示终端进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于内燃机燃烧过程表征参数测试装置的简易采样模式工作方法，所述内燃机燃烧过程表征参数测试装置，包括传感器单元、信号处理单元及显示终端，其中，传感器单元用于获取内燃机的缸内压力和角标信号与同步信号，将其发送给信号处理单元，信号处理单元包括信号处理电路和单片机，信号处理电路的模拟信号处理电路接收缸内压力，将其传输给单片机的模数转换引脚，信号处理电路的脉冲处理电路接收角标信号和同步信号，将其传输给单片机，单片机计算得到表征燃烧过程的参数值，通过显示终端进行显示；其特征是：包括以下步骤：(1)按照设定的采样频率采集固定点数的缸压信号；(2)从采集的信号中找一个完整的循环，如果采集的信号不够一个循环，则将采样频率降低1倍，重复(1)的操作，直到能够找到一个完整循环再执行后续操作；(3)根据当前的采样频率及一个循环的采样点数确定当前一个循环的时间，并计算一个循环采集N个循环中采样点数需要的采样频率；(4)按照步骤(3)计算得到的采样频率采集2N个循环的数据；(5)从采集的2N个循环的数据中提取一个完整循环的压力曲线，计算得到压力升高率曲线，据此得到压力峰值及压力升高率峰值。2.如权利要求1所述的简易采样模式工作方法，其特征是：所述步骤(1)中，如果当前系统刚开始工...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪少波，程勇，万德玉，汪海川，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37