[發(fā)明專利]一種基于離子電流的柴油機(jī)燃燒控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410033145.1
• 申請(qǐng)日: 2014-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN103899428A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李理光;吳志軍;胡宗杰;康哲;楊華;張志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): F02D41/30
• 分類號(hào): F02D41/30
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子電流檢測(cè)裝置和燃燒控制方法，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

眾所周知，準(zhǔn)確地獲悉柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)，并基于一定的策略進(jìn)行反饋控制，對(duì)提高柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都具有非常大的幫助。目前常見的柴油機(jī)燃燒過(guò)程檢測(cè)方法主要有以下兩種：?

第一種是通過(guò)氣缸壓力傳感器。在氣缸內(nèi)安裝缸壓傳感器可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)缸內(nèi)工作過(guò)程的氣缸壓力，并以其為基礎(chǔ)信息，結(jié)合熱力學(xué)原理，通過(guò)計(jì)算和分析可以獲得燃燒放熱率、著火時(shí)刻、燃燒速率、最大爆發(fā)壓力等參數(shù)。基于這些信息和參數(shù)，可以進(jìn)一步采用相應(yīng)的閉環(huán)反饋控制策略。由于缸壓傳感器的成本較高和需要在柴油機(jī)上額外布置和安裝等問(wèn)題，這種檢測(cè)方法目前還僅限于在試驗(yàn)室中使用，在實(shí)際內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用還具有較大困難。

第二種是通過(guò)光纖傳感器。燃料在柴油機(jī)的缸內(nèi)進(jìn)行燃燒和放熱的過(guò)程中會(huì)生成CH、C₂、CO和OH等中間態(tài)物質(zhì)和基團(tuán)，它們?cè)谌紵^(guò)程中會(huì)發(fā)出一系列的光譜，結(jié)合這些光譜信號(hào)的變化進(jìn)行分析，進(jìn)一步可以獲得著火時(shí)刻、燃燒始點(diǎn)及終點(diǎn)和缸內(nèi)空燃比等信息。該檢測(cè)方法與缸壓傳感器相比，成本相對(duì)較低；但是由于光纖傳感器在柴油機(jī)的高溫環(huán)境下使用，其需要采用一套額外冷卻裝置，這樣其使用和維護(hù)較為復(fù)雜；同時(shí)內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)間久了以后，在缸內(nèi)會(huì)形成一定量的沉積物和積碳等，這些會(huì)影響到光纖傳感器的測(cè)量和使用，因此該方法也難以在內(nèi)燃機(jī)工程領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。?

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述兩種柴油機(jī)燃燒檢測(cè)方法的不足和實(shí)施的困難，開發(fā)一種新型的燃燒檢測(cè)方法是非常重要的。?

本發(fā)明設(shè)計(jì)原理：柴油機(jī)在燃燒過(guò)程中燃料會(huì)產(chǎn)生大量的活性離子，以離子電流探針為一級(jí)，缸體為另一級(jí)施加一個(gè)合適的直流電壓，則活性離子會(huì)在直流電壓的作用下運(yùn)動(dòng)并形成離子電流。由于該離子電流是在燃燒過(guò)程中形成，蘊(yùn)含著大量的燃燒過(guò)程信息。基于對(duì)離子電流的檢測(cè)和分析，將能夠獲得燃燒狀態(tài)信息，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程控制。?

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)檢測(cè)柴油機(jī)燃燒過(guò)程的離子電流檢測(cè)裝置，并結(jié)合一定的燃燒過(guò)程控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)燃燒過(guò)程控制。?

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是：?

一種基于離子電流的柴油機(jī)燃燒控制裝置，其特征在于，包括四個(gè)模塊：升壓模塊、檢測(cè)模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和控制模塊，所述升壓模塊的輸入端連接有蓄電池，其輸出端與檢測(cè)模塊輸入端連接；所述檢測(cè)模塊輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊輸入端連接；所述信號(hào)調(diào)理模塊輸出端與控制模塊輸入端連接，而控制模塊處理分析后將控制信號(hào)連接至柴油機(jī)的噴油器12。

所述升壓模塊是由蓄電池1、電容2、電感線圈3、二極管4、功率mos管5、電流型PWM控制器6、線圈7、蓄能穩(wěn)壓電容8組成。連接關(guān)系是：蓄電池1的正極與電感線圈3相連，電池1的負(fù)極接地；電容2并聯(lián)在電池1的正負(fù)極之間；電感線圈3另一端與二極管4的陽(yáng)極相連，同時(shí)該端電感線圈3也與功率mos管5的漏極相連；功率mos管5的基極與電流型PWM控制器6連接，功率mos管5的源極與線圈7相連；線圈7的另一端接地；蓄能穩(wěn)壓電容8一端接地，蓄能穩(wěn)壓電容8的另一端與二極管4的陰極相連。本升壓模塊的電路，可將蓄電池1的12V電壓最高可升至500V。?

所述檢測(cè)模塊由離子電流探針11、可變電阻10、可變電阻9組成。連接關(guān)系：升壓模塊輸出的高壓送至電離子電流探針11，所述電離子電流探針11連接至柴油機(jī)活塞，同時(shí)柴油機(jī)活塞又與可變電阻10連接，可變電阻10的另一端與接地的可變電阻9相連。如此，可通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻9和可變電阻10的阻值來(lái)調(diào)節(jié)采集離子電流電壓的大小。?

所述信號(hào)調(diào)理模塊包含電阻13、電容14、電阻15、電阻16、電阻17、運(yùn)算放大器18。連接關(guān)系是：檢測(cè)模塊通過(guò)其可變電阻10輸出至信號(hào)調(diào)理模塊，該可變電阻10的另一端同時(shí)與信號(hào)調(diào)理模塊中的拉低電阻13、濾波電容14和電阻15相連，而拉低電阻13和濾波電容14它們的另一端都接地；電阻15的另一端與運(yùn)算放大器18的負(fù)極輸入端相連，同時(shí)該端電阻15與電阻16相連，如此可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻15和電阻16的阻值比來(lái)調(diào)整信號(hào)放大比例，將采集到的離子電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理及放大。電阻16的另一端與ECU控制模塊19信號(hào)輸入端相連，運(yùn)算放大器18的正極輸入端與電阻17相連，電阻17的另一端接地，運(yùn)算放大器18的輸出端與ECU控制模塊19輸入端相連，ECU控制模塊19的另一輸出端與柴油機(jī)的噴油器12相連，通過(guò)采集到的離子電流信號(hào)，結(jié)合相應(yīng)控制邏輯對(duì)噴油器12進(jìn)行控制。?