发动机及具有其的车辆的制作方法

1.本实用新型涉及发动机检测技术领域，具体而言，涉及一种发动机及具有其的车辆。


背景技术：

2.碳氢燃料燃烧时，会生成游离离子，使燃烧的火焰具有导电性。离子电流传感器能够监测燃料燃烧形成的离子产生的电流信号。离子电流的大小与瞬时离子浓度有关，离子的数量由燃烧过程决定。根据离子电流的时域和频域信号可以定性和定量的分析燃料燃烧过程，所涉及的研究内容有爆震、失火检测、曲轴位置检测、燃烧空燃比控制、点火提前角控制、稀燃控制等。
3.现有技术中常将离子电流传感器集成于火花塞，用来监测火花塞周围的离子电流，为发动机控制、诊断、燃烧分析提供数据支持。由于火花塞布置在燃烧式顶部，对燃烧早期的离子电流监测比较准确，但是随着活塞下行，火焰前锋面的移动，集成离子电流传感器的火花塞不能及时准确地监测燃烧过程中的离子电流。此外，局限于缸内火花塞的数量，监测到的离子电流信号单一，抗干扰能力差。
4.现阶段离子电流监测技术在发动机领域多用于火花点火式发动机，而非火花点火式发动机燃烧过程中的离子电流信号对于发动机控制、诊断、燃烧分析同样具有很大价值，现有技术中缺乏可以同时应用于火花点火式发动机和非火花点火式发动机的离子电流检测装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种发动机及具有其的车辆，以解决现有技术中的燃烧过程中离子电流检测不准确的问题。
6.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种发动机，包括：汽缸，汽缸具有缸体和缸盖，缸盖与缸体之间围设成燃烧室；活塞，活塞可活动地设置于缸体内，活塞具有朝向缸盖一侧设置的上顶面；电流检测部，电流检测部包括至少一个离子电流传感器，电流检测部与活塞的上顶面连接，电流检测部用于检测在活塞压缩作业过程中燃烧室内产生的离子电流信号；信号输出线，信号输出线与电流检测部电性连接，至少部分的信号输出线设置于活塞内，信号输出线用于将电流检测部检测到的离子电流信号传输至汽缸外。
7.进一步地，电流检测部包括：第一离子电流传感器，第一离子电流传感器设置于上顶面的几何中心位置处。
8.进一步地，电流检测部还包括：第二离子电流传感器，第二离子电流传感器设置于几何中心与缸体侧壁之间的中点位置处。
9.进一步地，电流检测部还包括：第三离子电流传感器，第三离子电流传感器设置于上顶面的距离几何中心最远点的位置处。
10.进一步地，第二离子电流传感器与第三离子电流传感器的至少一个位于油束在上顶面上的投影的中心线上。
11.进一步地，发动机还包括连杆组件，连杆组件包括：连杆，连杆的第一端与活塞连接，连杆内开设安装腔；曲轴，曲轴与连杆的第二端连接；发电组件，发电组件至少包括磁铁和线圈，磁铁可滑动地设置于安装腔内，线圈设置于安装腔的腔壁上，磁铁在安装腔内运动时，线圈上产生交流电，线圈与电流检测部电性连接。
12.进一步地，发动机还包括数据采集装置，数据采集装置设置于连杆内，数据采集装置与电流检测部、发电组件中的至少一个电性连接。
13.进一步地，数据采集装置与发电组件和电流检测部电性连接，数据采集装置包括：整流模块，整流模块用于对线圈产生的交流电进行整流调压；供电模块，供电模块用于将经整流模块整流调压的电压传输至电流检测部。
14.进一步地，数据采集装置还包括：数据采集模块，数据采集模块与信号输出线电性连接，数据采集模块用于接收信号输出线的离子电流信号；数据发射模块，数据发射模块与外部控制器通信，数据发射模块用于将离子电流信号传输至外部控制器。
15.根据本实用新型的另一个方面，提供了一种车辆，车辆包括发动机，发动机为上述的发动机。
16.应用本实用新型的技术方案，将电流检测部布置于活塞的上顶面，可以使得在燃烧过程中电流检测部始终位于火焰的前锋面，能够及时准确地检测燃烧过程中的离子电流，且布置的离子电流传感器可以为多个，可检测到多个离子电流信号，具有更强的抗干扰能力，同时，将离子电流传感器输出的电流信号通过信号输出线传输至外部，可以基于获得的电流信号对发动机燃烧过程进行控制、诊断、燃烧分析。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本实用新型的发动机的第一实施例的结构示意图；
19.图2示出了根据本实用新型的电流检测部的实施例的结构示意图；
20.图3示出了根据本实用新型的发动机的第二实施例的结构示意图；
21.图4示出了图3中a部分的放大示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、汽缸；11、缸体；12、缸盖；13、燃烧室；
24.20、活塞；21、上顶面；
25.30、电流检测部；31、第一离子电流传感器；32、第二离子电流传感器；33、第三离子电流传感器；
26.40、信号输出线；
27.50、油束；
28.60、连杆组件；61、连杆；610、安装腔；62、曲轴；63、发电组件；631、磁铁；632、线圈；
29.70、数据采集装置。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
34.结合图1至图4所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种发动机。
35.发动机包括汽缸10、活塞20、电流检测部30和信号输出线40，汽缸10具有缸体11和缸盖12，缸盖12与缸体11之间围设成燃烧室13，活塞20可活动地设置于缸体11内，活塞20具有朝向缸盖12一侧设置的上顶面21，电流检测部30包括至少一个离子电流传感器，电流检测部30与活塞20的上顶面21连接，电流检测部30用于检测在活塞20压缩作业过程中燃烧室13内产生的离子电流信号，信号输出线40与电流检测部30电性连接，至少部分的信号输出线40设置于活塞20内，信号输出线40用于将电流检测部30检测到的离子电流信号传输至汽缸10外。
36.应用本实施例的技术方案，将电流检测部30布置于活塞20的上顶面21，可以使得在燃烧过程中电流检测部30始终位于火焰的前锋面，能够及时准确地检测燃烧过程中的离子电流，且布置的离子电流传感器可以为多个，可检测到多个离子电流信号，具有更强的抗干扰能力，同时，将离子电流传感器输出的电流信号通过信号输出线40传输至外部，可以基于获得的电流信号对发动机燃烧过程进行控制、诊断、燃烧分析。
37.进一步地，本实施例中，由于电流检测部30布置于活塞20的上顶面21，电流检测部30与火花塞分离，减小了火花塞点火时带来的干扰，且由于活塞20的上顶面21具有的布置空间更广阔，可根据实际需要增减离子电流传感器的数目，消除了将离子电流传感器设置于火花塞上时离子电流传感器的数目限制和位置限制。
38.如图1所示，可选择地，活塞20的上顶面21具有厚度，在布置电流检测部30时，可以在上顶面21上开设第一孔状结构以将电流检测部30嵌入上顶面21中，这样可使得电流检测
部30的上表面与上顶面21的表面平齐，电流检测部30不占用燃烧室13的空间，避免对燃烧室13的燃烧造成影响，根据实际需要，也可以令电流检测部30的上表面凸出于上顶面21的表面设置。
39.可选地，信号输出线40的设置方式可以为：在活塞20的上顶面21上开设第二孔状结构，第二孔状结构与第一孔状结构相通，第二孔状结构的孔径可以小于第二孔状结构的孔径，优选地，应使第二孔状结构得圆心与第一孔状结构的圆心位于同一竖直线上，信号输出线40与电流检测部30连接后穿过第二孔状结构进入活塞20内部的空腔。
40.进一步地，电流检测部30包括第一离子电流传感器31，第一离子电流传感器31设置于上顶面21的几何中心位置处。
41.进一步地，电流检测部30还包括第二离子电流传感器32，第二离子电流传感器32设置于几何中心与缸体11侧壁之间的中点位置处。
42.进一步地，电流检测部30还包括第三离子电流传感器33，第三离子电流传感器33设置于上顶面21的距离几何中心最远点的位置处。
43.进一步地，第二离子电流传感器32与第三离子电流传感器33的至少一个位于油束50在上顶面21上的投影的中心线上。在本技术的一个示范性实施例中，第二离子电流传感器32与第三离子电流传感器33均位于油束50在上顶面21上的投影的中心线上。这样可使得在发动机作业过程中离子电流传感器的检测效果更准确。
44.在本技术的一个实施例中，上述发动机可以为缸内直喷中央布置喷油器点燃式发动机(以下简称点燃式发动机)，点燃式发动机内布置有单个喷油器，点燃式发动机内布置第一离子电流传感器31、第二离子电流传感器32和第三离子电流传感器33，其中，第一离子电流传感器31位于上顶面21的几何中心位置处，第二离子电流传感器32设置于几何中心与缸体11侧壁之间的中点位置处，第三离子电流传感器33设置于上顶面21的距离几何中心最远点的位置处，第二离子电流传感器32与第三离子电流传感器33均位于油束50在上顶面21上的投影的中心线上。
45.具体地，上述点燃式发动机作业过程中，通过第一离子电流传感器31、第二离子电流传感器32和第三离子电流传感器33产生信号的时间，结合离子电流传感器所处的位置，可计算得到燃烧室13内火焰传播的速度。
46.进一步地，点燃式发动机采用分层混合气时，分层混合气在燃烧室13内的不同位置处所具有的混合气浓度不同，通过第一离子电流传感器31、第二离子电流传感器32和第三离子电流传感器33产生信号的强弱差异，结合混合气浓度的相关特性，可以获得燃烧室13内燃油与混合气浓度的分布，判断混合气在不同位置的浓稀程度。
47.上述实施例中获得的火焰传播的速度、混合气在不同位置的浓稀程度均可以为发动机的控制、诊断、燃烧分析提供数据支持。
48.进一步地，发动机还包括连杆组件60，连杆组件60包括连杆61、曲轴62和发电组件63，连杆61的第一端与活塞20连接，连杆61内开设安装腔610，曲轴62与连杆61的第二端连接，发电组件63至少包括磁铁631和线圈632，磁铁631可滑动地设置于安装腔610内，线圈632设置于安装腔610的腔壁上，磁铁631在安装腔610内运动时，线圈632上产生交流电，线圈632与电流检测部30电性连接。通过设置于连杆组件60内的发电组件63，磁铁631在安装腔610内往复运动使得线圈632上产生电流，发动机可实现自发电，减少与外界的线路连接，
降低发动机线路结构的复杂性。
49.进一步地，发动机还包括数据采集装置70，数据采集装置70设置于连杆61内，数据采集装置70与电流检测部30、发电组件63中的至少一个电性连接。在本技术的一个实施例中，电流检测部30、发电组件63均与数据采集装置70电性连接，发电组件63产生的电流可供数据采集装置70和电流检测部30使用，充分利用发动机作业过程中产生的能量，实现能量利用的同时，减少了发动机与外界的线路连接，使得发动机线路更简单。
50.其中，数据采集装置70与发电组件63和电流检测部30电性连接，数据采集装置70包括整流模块和供电模块，整流模块用于对线圈632产生的交流电进行整流调压，供电模块用于将经整流模块整流调压的电压传输至电流检测部30。这样设置可使得电流检测部30获得符合要求的电流，减少外部接线，简化发动机线路。
51.具体地，数据采集装置70还包括数据采集模块和数据发射模块，数据采集模块与信号输出线40电性连接，数据采集模块用于接收信号输出线40的离子电流信号，数据发射模块与外部控制器通信，数据发射模块用于将离子电流信号传输至外部控制器。数据发射模块可以采用无线发射方式或有线发射方式，采用无线发射方式时，可简化发动机的线路结构，避免发动机运行过程中信号传输线路受到机械损坏而影响信号监测。
52.在本技术的一个示范性实施例中，信号输出线40与数据采集模块的连接方式可以为：信号输出线40与电流检测部30连接后进入活塞20的空腔内，活塞20的空腔壁上开设供信号输出线40通过的第三孔状结构，活塞20的表面与连杆61的表面均设置走线结构，走线结构可以为卡扣等结构，信号输出线40通过第三孔状结构穿出活塞20的空腔，沿走线结构经过活塞20的表面、连杆61的表面连接至数据采集模块。
53.在本技术的一个示范性实施例中，信号输出线40与数据采集模块的连接方式还可以为：连杆61朝向活塞20的端面设置有通孔，通孔可用于供信号输出线40与数据采集模块连接，信号输出线40与电流检测部30连接后进入活塞20的空腔内，信号输出线40从空腔内进入连杆61的通孔，连杆61的侧表面设置第四孔状结构，连杆61的侧表面还设置走线结构，信号输出线40经连杆61的通孔、第四孔状结构与走线结构连接至数据采集模块。在实际应用中，走线结构的设置可根据实际环境和实际需要等进行修改。
54.根据本技术的另一具体实施例，提供了一种车辆，车辆包括发动机，发动机为上述的发动机。
55.可选择地，车辆还包括外部控制器，外部控制器用于接收数据发射模块输出的电流信号，外部控制器可根据接收到的电流信号进行发动机控制、诊断和燃烧分析。
56.可选择地，外部控制器还包括无线接收模块，无线接收模块用于接收数据发射模块传输的电流信号。外部控制器设置无线接收模块时，可以接收数据发射模块发出的电流信号，实现电流信号的无线传输。
57.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
58.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
59.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
60.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。