发动机缸内燃烧的反馈控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置，包括多极火花塞和离子电流探头、点火线圈和驱动器、电流检测及滤波电路，偏置电压源和电子控制单元，电流检测及滤波电路与多极火花塞连接，将多通道原始离子电流信号滤波转化为与电子控制单元兼容的电压信号，实时检测多极火花塞的离子电流信号，估算出缸内混合气浓度及燃烧相位参数，根据所获得的缸内燃烧参数信息以及实验标定数据，确定出发动机相关执行器的执行参数。本实用新型专利技术的优点是多极火花塞既可以用于点火，也可以用于测量离子电流，具有极大的灵活性；多点离子电流的测量，提高了发动机反馈控制的响应速度，最终提高燃油效率和降低排放。

Feedback control device for in cylinder combustion of engine

The utility model discloses an engine cylinder combustion feedback control device, including multi pole spark plug and ion current probe, ignition coil and drive, current detection and filter circuit, bias voltage source and the electronic control unit, current detection and filtering circuit is connected with the multi pole spark plug, multi channel filtering for transforming the original ion current signal the electronic control unit and voltage signal compatible, ion current signal real-time detection of multi pole spark plug, estimated in cylinder mixture and combustion phase parameter, according to parameter information and experimental data obtained by combustion in cylinder, determine the execution engine related actuator parameters. The utility model has the advantages of multi pole spark plug can be used for ignition, but also can be used for measuring the ion current, with great flexibility; multi point measurement of ion current, improves the engine response speed feedback control, and ultimately improve fuel efficiency and reduce emissions.

【技术实现步骤摘要】
发动机缸内燃烧的反馈控制装置
本技术涉及一种发动机缸内燃烧检测领域，特别涉及一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置。
技术介绍
在内燃机的燃烧过程中对火焰的探测有利于准确判定燃烧的开始和火焰的传播。此外，在直喷式点燃发动机中，对于空燃比的预估可以确保点火的可靠性。这些信息可以用于确定最佳的空气和燃料管理策略以提高燃烧效率和降低污染物的排放。由于燃烧过程的复杂性，对于燃料喷射和缸内火焰传播过程很难进行数值模拟和建模。离子电流测量手段是用于火焰探测的方法之一。火焰锋面中含有的离子可以导通电流。在气缸内放置一个探头，探头的两极保持一定的电势差，当火焰经过探头时在两极形成闭合回路，该探头可以测量回路中的电流。离子电流的大小也与空燃比成比例。离子电流通常在理论空燃比时最大，并随着缸内燃料逐渐稀薄而降低。发动机缸盖已经布置了进气排气阀，火花塞，喷油器等，很难再有空间放置专用的离子电流探测探头。在目前所有的应用中，发动机中的传统火花塞用于点火，同时也用作离子电流探测探头。现有的火花塞是单孔陶瓷芯，孔内放置了电极。由于共用电极，它在空间上将测量范围限制在火花塞附近，同时在时间上，它只能在火花塞点火结束后才开始测量。考虑到气缸顶部有限的空间，耐久性差，和/或很高的生产成本，专用的用于测量发动机内火焰传播的离子探头和光学测量装置仍仅限于科研领域。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是要提供一种既可以用于点火，也可以用于测量离子电流的发动机缸内燃烧的反馈控制装置，为了解决以上的技术问题，本技术提供了一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置，该反馈控制装置包括多极火花塞和离子电流探头、点火线圈和驱动器、电流检测及滤波电路，偏置电压源和电子控制单元，电流检测及滤波电路与多极火花塞连接，将多通道原始离子电流信号滤波转化为与电子控制单元兼容的电压信号，电子控制单元实时检测多极火花塞的离子电流信号，估算出缸内混合气浓度及燃烧相位参数，根据所获得的缸内燃烧参数信息以及实验标定数据，确定出发动机相关执行器的执行参数。所述多极火花塞为三孔陶瓷芯，放置三个电极进行多点离子电流检测，三个电极沿周向均匀布置。所述三个电极的间隙是可调整的，即使是在稀燃条件下也能探测到火焰。所述三个电极包括施加偏置电压的电极和与点火次级线圈连接的电极。施加偏置电压的电极用于检测离子电流，与点火次级线圈连接的电极用于产生火花。所述三个电极的放电端均与一个直流电源的正极连接，三个电极的接地端分别通过一个电阻与直流电源的负极连接，其中有一个电极的放电端还与点火次级线圈连接，该电极的放电端反向连接一个高压二极管，三个电阻两端并联测量电压的离子电流探头。这三个电极都用于离子电流的测量，其中与点火次级线圈连接的电极还用于点火。通过检测三个电阻两端的电压可以计算得出离子电流。所述高压二极管隔离点火线圈和离子电流检测电路。所述三个电极中的两个电极的放电端与一个直流电源的正极连接，此两个电极的接地端分别通过一个电阻与直流电源的负极连接，两个电阻两端并联测量电压的离子电流探头，此两个电极仅用于离子电流的测量。另一个电极的放电端与点火次级线圈连接，该电极仅用于点火。所述三个电极中的两个电极的放电端与一个直流电源的正极连接，此两个电极以缸体为地极，地极通过一个电阻与直流电源的负极连接。此两个电极仅用于离子电流的测量。另一个电极的放电端与点火次级线圈连接，该电极仅用于点火。所述点火线圈的初级设有控制电极产生火花的开关。本技术的优越功效在于：1）多点离子电流的测量，提高了发动机反馈控制的响应速度；多点离子电流的测量用于快速响应和反馈控制系统中来控制燃料喷射和点火时间，最终提高燃油效率和降低排放；2）多电极火花塞可以方便地用于目前的气缸盖设计，而不需要考虑空间的限制，也不需要发动机大结构的改动；3）本技术多极火花塞的使用，可以通过多极火花塞中没有点火的电极来测量火花塞点火时的离子电流；因为现有的基于火花塞的离子电流测量装置由于与火花塞共用电极，所以在火花塞点火的时候无法进行测量，在这种情况下在火花起辉阶段无法探测到早期火核的发展；4）本技术多极火花塞既可以用于点火，也可以用于测量离子电流，具有极大的灵活性。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术的电路原理框图；图2为本技术多电极火花塞的结构示意图；图3为本技术多电极火花塞三个电极均能检测离子电流的检测电路图；图4为本技术多电极火花塞三个离子电流检测电极的离子电流信号示意图；图5为本技术多电极火花塞两个离子电流检测电极和一个点火电极的检测电路图；图6为本技术多电极火花塞两个离子电流检测电极以缸体为地极的检测电路图；图中标号说明1—多极火花塞；2—陶瓷芯。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。下面结合附图详细说明本技术的实施例。图1示出了本技术的电路原理框图。如图1所示，本技术提供了一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置，该反馈控制装置包括多极火花塞1和离子电流探头、点火线圈和驱动器、电流检测及滤波电路，偏置电压源和电子控制单元，电流检测及滤波电路与多极火花塞连接，将多通道原始离子电流信号滤波转化为与电子控制单元兼容的电压信号，电子控制单元实时检测多极火花塞1的离子电流信号，估算出缸内混合气浓度及燃烧相位参数，根据所获得的缸内燃烧参数信息以及实验标定数据，确定出发动机相关执行器的执行参数，如喷油控制，点火能量和时刻控制，可变气门定时控制，进气增压控制以及废气再循环等。上述的点火线圈和驱动器采用汽车上常规使用的点火系统零部件；发动机系统为常规的；电流检测及滤波电路为模块化单元，滤波电路可以消除点火噪音；偏置电压源采用直流电压转换器，从12V电池电压转换而来。图2示出了本技术多电极火花塞的结构示意图。所述多极火花塞1为三孔陶瓷芯，放置三个电极G1、G2、G3，进行多点离子电流检测，三个电极G1、G2、G3沿周向均匀布置。所述三个电极的间隙是可调整的，即使是在稀燃条件下也能探测到火焰。所述三个电极包括施加偏置电压的电极和与点火次级线圈连接的电极。施加偏置电压的电极用于检测离子电流，与点火次级线圈连接的电极用于产生火花。所述点火线圈的初级设有控制电极产生火花的开关。图3示出了本技术多电极火花塞三个电极均能检测离子电流的检测电路图。如图3所示，三个电极G1、G2、G3都用于离子电流的测量。采用一个直流电源给三个电极施加偏置电压，电压范围在50～1000V，取决于电极间距和缸内混合气的浓度。当燃烧产生的活化产物经过电极间隙时，所施加的偏置电压会在电极间隙内产生离子电流。离子电流可以在电极G1或G2或G3与公共负极之间形成三个隔离回路。通过测量流经电阻R1、R2和R3的电流来实现离子电流测量。燃烧产生的离子电流将测量电阻两端产生电压差。通过检测电阻两端的电压可以计算得出离子电流。其中，电极G1与点火线圈相连，用于产生火花点燃缸内混合气。高压二极管D1用来隔离点火线圈和离子电流检测电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置，其特征在于：该反馈控制装置包括多极火花塞和离子电流探头、点火线圈和驱动器、电流检测及滤波电路，偏置电压源和电子控制单元，电流检测及滤波电路与多极火花塞连接，将多通道原始离子电流信号滤波转化为与电子控制单元兼容的电压信号，电子控制单元实时检测多极火花塞的离子电流信号，估算出缸内混合气浓度及燃烧相位参数，根据所获得的缸内燃烧参数信息以及实验标定数据，确定出发动机相关执行器的执行参数。

【技术特征摘要】
1.一种发动机缸内燃烧的反馈控制装置，其特征在于：该反馈控制装置包括多极火花塞和离子电流探头、点火线圈和驱动器、电流检测及滤波电路，偏置电压源和电子控制单元，电流检测及滤波电路与多极火花塞连接，将多通道原始离子电流信号滤波转化为与电子控制单元兼容的电压信号，电子控制单元实时检测多极火花塞的离子电流信号，估算出缸内混合气浓度及燃烧相位参数，根据所获得的缸内燃烧参数信息以及实验标定数据，确定出发动机相关执行器的执行参数。2.根据权利要求1所述的发动机缸内燃烧的反馈控制装置，其特征在于：所述多极火花塞为三孔陶瓷芯，放置三个电极进行多点离子电流检测，三个电极沿周向均匀布置。3.根据权利要求2所述的发动机缸内燃烧的反馈控制装置，其特征在于：所述三个电极包括施加偏置电压的电极和与点火次级线圈连接的电极。4.根据权利要求2所述的发动机缸内燃烧的反馈控制装置，其特征在于：所述三个电极的间隙是可调整的。5.根据权利要求2所述的发动机缸内燃烧的反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明，舒维克·戴夫，于水，王美平，
申请(专利权)人：郑明，
类型：新型
国别省市：加拿大,CA