一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置及检测方法

1.本发明属于动力机械领域，具体地，涉及一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置及检测方法。


背景技术：

2.伴随着汽车保有量的日益增加,汽车造成的环境污染和能源危机问题日趋严重。内燃机是汽车主要动力源,为了改善其燃烧及排放性能,迫切需要对内燃机燃烧过程实现更为精细和实时的分析和控制。
3.随着对发动机动力性能和排放标准要求的提高，各大主机厂商和研究机构新发布的发动机机型都冠以高热效率和先进电控技术标签。高热效率、低排放可以通过采用先进的燃烧技术和后处理技术实现，而对燃烧过程的控制是充分发挥发动机性能的关键。
4.在发动机电控领域，如何准确、成本低廉地检测出发动机运行中的基本参数是最基本的问题，尤其是对缸内燃烧状态的监测。这需要在发动机上安装许多传感器，其中一个比较重要的传感器是缸压传感器，但这无疑会使发动机的成本增加，最差的情况下发动机的燃烧性能还会受到影响，因为缸压传感器的安装将会改变燃烧室容积影响发动机压缩燃烧过程。
5.因此内燃机缸内检测及闭环控制技术成为了新的研究重点。对于内燃机的燃烧状态在线监测技术来说，目前最常采用的是以缸内压力为反馈信息的燃烧状态监测。然而这个技术需要打穿在发动机缸盖上以加工传感器的安装孔。因此这种测试方法属于侵入性测试，虽然具有较高的精度，但是对于发动机结构的损伤是不可逆的。因此寻求一种可以搭载在缸内执行器上的燃烧状态传感器是目前实现燃烧状态监测的重要研究内容。
6.通过对内燃机燃烧过程化学电离和热电离反应进行理论分析，得知内燃机燃烧过程中会形成离子电流。通过采集燃烧过程中产生的离子电流就可以获取当前循环的燃烧信息。目前最常用的离子电流传感器是搭载在火花塞电极上的。这种结构不需要在缸盖上加工多余的检测孔。并且火花塞坚固的外有几何结构保证传感器的结构可靠性。但是对于柴油机来说，缸盖上并没有火花塞装置以及任何现成的电极结构。因此为解决这一问题，本发明提出一种搭载在柴油机喷嘴上的离子电流传感器，并以此为基础形成一套完备的燃烧状态反馈系统，本发明在实现离子电流检测的同时切实保证了发动机基础结构不被破坏。


技术实现要素：

7.本发明为了实现柴油机燃烧状态的实时监测并保证柴油机原有结构不发生变化，提出了一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置及检测方法，直接利用通用式共轨柴油机的喷嘴作为离子电流传感器，可以最大限度的保持原有柴油机机体结构不变，以喷嘴内部植入的高压探针为正极，以喷油器喷嘴本体(与发动机机体相连)为负极实现上述离子电流检测功能。
8.本发明通过以下技术方案实现：
9.一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置：
10.所述喷嘴装置具体包括喷油嘴7、离子电流监测探针、偏置电压源、升压电路模块、数据采集模块、离子电流生成模块、运算放大器、信号调理模块和检测模块；
11.所述喷油嘴7与偏置电压源相连接；
12.所述离子电流监测探针集成在喷油嘴7内部；
13.所述升压电路模块对偏置电压源进行升压；
14.所述离子电流生成模块在燃烧状态下生成离子电流；
15.所述数据采集模块采集离子电流信号；
16.所述运算放大器在信号的输出端对离子电流信号进行放大；
17.所述信号调理模块将离子电流信号转化为电压信号；
18.所述检测模块对电压信号进行检测，完成燃烧状态下离子电流的检测。
19.进一步地，所述离子电流监测探针包括探针正极1，探针负极，陶瓷绝缘体2，喷嘴外壳3和信号外引线4；
20.所述探针正极1和信号外引线4相连接；所述信号外引线4和数据采集模块相连接；
21.所述信号外引线4为离子电流监测探针与喷油嘴7提供偏置电压。
22.进一步地，所述喷油嘴7作为喷嘴装置的负极，离子电流监测探针作为喷嘴装置的正极；
23.所述喷油嘴7通过陶瓷绝缘体3与发动机外壳绝缘。
24.一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置的检测方法：
25.在燃烧状态下，升压电路模块对偏置电压源进行升压；带电离子在离子电流生成模块的离子电流正极6和离子电力负极5之间受到偏置电压源电场力的作用发生定向移动，产生离子电流；
26.数据采集模块采集离子电流信号；运算放大器在信号的输出端对离子电流信号进行放大；
27.信号调理模块将离子电流信号转化为电压信号；检测模块对电压信号进行检测，完成燃烧状态下离子电流的检测。
28.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
29.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
30.本发明有益效果
31.本发明提出的喷嘴结构可以直接将柴油机喷嘴作为离子电流的检测传感器，因此不需要在发动机缸盖上加工任何额外的检测孔，最大限度的保留了发动机的原有结构同时也增加了本发明的通用性；实现了柴油机缸内燃烧状态的非侵入式测试；
32.相比于目前柴油机最常采用的缸压监测方法，本发明所提出的方法不需要压电晶体单元，因此本发明的成本更低，可靠性更高。
附图说明
33.图1为本发明喷嘴集成式离子电流传感器；
34.图2为本发明的离子电流形成及检测原理；
35.图3为本发明系统总成结构图；
36.图4为本发明探头在发动机缸内的布置方式；
37.其中探针正极1，陶瓷绝缘体2，喷嘴外壳3，信号外引线4，离子电力负极5，离子电流正极6，喷油嘴7，燃烧室8。
具体实施方式
38.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，所描述的实施例仅仅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。
39.结合图1至图4。
40.一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置：
41.所述喷嘴装置具体包括喷油嘴7、离子电流监测探针、偏置电压源(直接采用车内电瓶电压即可)、升压电路模块、数据采集模块、离子电流生成模块、运算放大器、信号调理模块和检测模块；
42.所述喷油嘴7与偏置电压源相连接；
43.所述离子电流监测探针集成在喷油嘴7内部；
44.所述离子电流生成模块在燃烧状态下生成离子电流；
45.所述升压电路模块对偏置电压源进行升压；
46.所述离子电流生成模块在燃烧状态下生成离子电流；
47.所述数据采集模块采集离子电流信号；
48.由于离子电流信号相对微弱，通过运算放大器在在信号的输出端对离子电流信号进行放大；
49.所述信号调理模块将离子电流信号转化为电压信号；
50.所述检测模块对电压信号进行检测，完成燃烧状态下离子电流的检测。
51.所述离子电流监测探针包括探针正极1，探针负极，陶瓷绝缘体2，喷嘴外壳3和信号外引线4；
52.如图1、3所示，所述探针正极1和信号外引线4相连接；所述信号外引线4和数据采集模块相连接；
53.所述信号外引线4为离子电流监测探针与喷油嘴7提供偏置电压。
54.喷油器体与发动机外壳直接接触且具有相同的电动势，所述喷油嘴7作为喷嘴装置的负极，离子电流监测探针作为喷嘴装置的正极；
55.由于离子电流监测探针对地(发动机外壳)有近500v的电压，所述喷油嘴7通过陶瓷绝缘体3与发动机外壳绝缘。
56.本发明的具体工作过程如图2所示，当燃料在缸内燃烧时，会产生带电离子，带电离子在离子电流正极6和离子电力负极5之间受到电场力的作用发生定向移动，产生离子电流。这些离子直接由燃烧产生，离子的数量和带电量包含了丰富的燃烧状态信息。通过外置电场使这些带电离子定向移动产生离子电流，并通过外部检测电路对电流的强度与变化过
程进行检测实现燃烧状态的检测。
57.本发明的离子电流检测探头在发动机缸内布置情况如图4所示。
58.一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置的检测方法：
59.在燃烧状态下，升压电路模块对偏置电压源进行升压；带电离子在离子电流生成模块的离子电流正极6和离子电力负极5之间受到偏置电压源电场力的作用发生定向移动，产生离子电流；
60.数据采集模块采集离子电流信号；运算放大器在信号的输出端对离子电流信号进行放大；
61.信号调理模块将离子电流信号转化为电压信号；检测模块对电压信号进行检测，完成燃烧状态下离子电流的检测。
62.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
63.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
64.以上对本发明所提出的一种可用于燃烧状态在线监测的柴油机喷嘴装置及检测方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。