专利名称：用于发动机点火和监测的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域主要涉及燃气涡轮发动机的燃烧器，并且更具体地涉及用于发动机点火和监测的方法及系统。
背景技术：
发动机燃烧不稳定对于任何给定的燃气涡轮发动机或活塞传动发动机而言可能由许多故障和操作问题造成。例如，阻塞或开着的燃料喷嘴、堵塞的压缩机喷嘴以及不正确的入口导叶(IGV)排定(schedule)都可导致燃烧不稳定。如果未能较早检测到，则这些故障中的一些总体上可显著地缩短发动机的预计寿命。燃烧器声响也是难以检测的一种状态且显著地缩短燃烧器构件和涡轮喷嘴的寿命。燃气轮机的燃烧过程受到仔细地监测以检测燃烧器上游的气体通路及其相关燃料系统的不稳定和潜在故障。点火塞用于引入点火火花到燃气涡轮发动机的燃烧器中。一旦发动机启动和运转，点火系统通常不再使用。
发明内容
在一个实施例中，一种燃烧器包括包绕燃烧区的壳体，以及包括顶端(tip)、基部和在二者之间延伸的本体的点火塞。本体延伸穿过燃烧器壳体使得顶端邻近燃烧区。点火塞构造成用以通过基部接收点火能量和在顶端处产生点火源。点火塞还构造成用以感测燃烧区中的燃烧动态特性(dynamics)和产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。在另一实施例中，一种发动机点火和监测的方法包括使用点火塞在发动机燃烧区中产生火花，以及使用点火塞从燃烧区接收燃烧动态特性信息。在又一实施例中，一种点火系统包括燃烧器、包绕燃烧区的壳体，以及包括顶端、 基部和在二者之间延伸的本体的点火塞。本体延伸穿过燃烧器壳体使得顶端邻近至少部分地由壳体包绕的燃烧区。点火塞构造成用以通过基部接收点火能量和在顶端处产生点火源。点火塞还构造成用以感测燃烧区中的燃烧动态特性和产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。
图1示出了本文所述的系统和方法的示例性实施例。图1为根据本发明示例性实施例的点火系统的示意性框图。零件清单100点火系统102燃烧器104燃烧器壳体106燃烧区108点火塞
110 顶端112 基部114 本体Il6点火源118 第一电极120 第二电极122电绝缘体124点火电路126传感器电路128实例，电容器130处理器132存储器
具体实施例方式以下详细描述通过举例而非通过限制的方式示出了本发明的实施例。构思出的是，本发明具有在工业、商业和居住应用中对发动机点火和监测的分析和方法实施例的一般应用。如本文所用，以单数形式记载且冠以词语〃 一个〃或〃 一种〃的元件或步骤应当理解为未排除复数个元件或步骤，除非明确地指明此类排除。此外，参看本发明的"一个实施例"并非意图解释为排除了也结合有所述特征的其它实施例的存在。当不用于点火时，燃烧器点火塞可用作燃烧器内的传感器探头(probe)以监测燃烧过程的静电高温特性。在不用于点火目的时，点火塞可用作传感器。燃烧过程自身产生电场特性(signature)，该电场特性随发动机功率水平以及燃烧器环境内的故障状态而变化。因此，点火塞经受该种电特性并用作进入燃烧器气体通路中的电性探头。耦接到点火塞上的传感器电路中的放大器和信号处理用于从所收集的数据中获取使用和可用状况 (health)数据和信息。目前，点火塞仅用于点火目的。本发明的实施例将点火塞用作燃烧环境中的电性探头；因此，使得在其典型使用模型期间仅在较小百分比的时间使用的装置具有双重用途。图1为根据本发明示例性实施例的点火系统100的示意性框图。在示例性实施例中，点火系统100包括燃烧器102，燃烧器102包括包绕燃烧区106的壳体104以及点火塞 108。在一个实施例中，燃烧器102包括燃气涡轮发动机燃烧器。在各种实施例中，燃烧器 102包括活塞传动内燃机的活塞缸。点火塞108包括顶端110、基部112，以及在二者之间延伸的本体114。本体114延伸穿过燃烧器壳体104，使得顶端110邻近至少部分地由壳体 104包绕的燃烧区106。点火塞108构造成用以经由基部112接收点火能量和在顶端110 处产生点火源116。在各种实施例中，点火源116包括火花。点火塞108还构造成用以感测燃烧区106中的燃烧动态特性和产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。点火塞108包括第一电极118、第二电极120，以及电绝缘体122，它们布置成使得第一电极118和第二电极120协作以传递电荷和在第一电极118的顶端与第二电极120的顶端之间产生用于燃烧器102的点火火花。第一电极118、第二电极120和电绝缘体122还布置成使得第一电极118和第二电极120协作以传递关于邻近第一电极118和第二电极 120的静电场的电流。点火系统100还包括通信地耦接到点火塞108上的点火电路124。点火电路124 构造成用以产生传输至点火塞108的一定量的点火能量，在点火塞108处点火源116产生并引入燃烧区106中。点火系统100还包括通信地耦接到点火塞108上的传感器电路126。 传感器电路126构造成用以从点火塞108接收燃烧动态特性信息。传感器电路126构造成用以阻塞或截留传输至点火塞108以产生点火源116的点火能量的至少一部分。在一个实施例中，传感器电路126例如使用电容器128而AC(或交流)耦接到点火塞108上。处理器130包括存储器132，存储器132储存指令和数据以有助于处理数据和产生控制和信号数据以便由点火系统100使用。处理器130可为点火电路124、传感器电路126的一部分，或整个点火系统100的一部分。如本文所用，用语“处理器”是指中央处理单元、微处理器、微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路，以及能够执行本文所述的功能的任何其它电路或处理器。如本文所用，用语"软件"和"固件"可互换，且包括储存在存储器中以便由处理器130执行的任何计算机程序，其中，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、 EEPROM存储器以及非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅为示例性的，且因此并不限制有关可用于储存计算机程序的存储器类型。如基于前述说明将认识到的那样，本公开内容的上述实施例可使用计算机编程或设计技术来实施，包括计算机软件、固件、硬件或它们的任何组合或子集，其中技术效果为使用发动机点火系统以在点火系统不用于点火目的时的周期期间来监测发动机中的燃烧状态。具有计算机可读代码方式的任何此种产生的程序都可体现或提供在一个或多个计算机可读介质内，从而根据本公开内容的所述实施例来制造计算机程序产品，也即制品。例如，计算机可读介质可为但不限于固定(硬)驱动器、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器如只读存储器(ROM)，以及/或者任何传输/接收介质，例如国际互联网或其它通信网络或链路。 包括计算机代码的制品可通过执行直接来自于一个介质的代码、通过将代码从一个介质复制到另一个介质、或通过经网络传输代码而产生和/或使用。发动机点火和燃烧监测的方法及系统的上述实施例提供了一种成本效益合算且可靠的方式以便在除点火程序期间之外的周期期间使用发动机点火系统来监测发动机和点火系统的性能。结果，本文所述的方法及系统有助于以成本效益合算且可靠的方式操作和监测车辆发动机的状态。本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使得本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员所构思出的其它实例。 如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种燃烧器(102)，包括包绕燃烧区(106)的壳体(104)；以及点火塞(108)，所述点火塞(108)包括顶端(110)、基部(112)以及在二者之间延伸的本体(114)；所述本体延伸穿过所述燃烧器的壳体使得所述顶端邻近所述燃烧区，所述点火塞构造成用以经由所述基部接收点火能量且在所述顶端处产生点火源，所述点火塞还构造成用以感测所述燃烧区中的燃烧动态特性且产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(102)，其特征在于，所述顶端(110)构造成用以接收关于所述燃烧区(106)内的静电场的信息。
3.根据权利要求2所述的燃烧器(102)，其特征在于，所述点火塞(108)构造成用以产生关于所接收的静电场信息的电信号。
4.根据权利要求1所述的燃烧器(102)，其特征在于，所述点火塞(108)构造成用以基于所接收的点火能量和所产生的点火源以及所感测的燃烧动态特性和所产生的静电场信息信号中的至少一个而产生关于所述点火塞的可用状况的电信号。
5.一种点火系统(100)，包括燃烧器(102)，其包括包绕燃烧区(106)的壳体(104)；以及点火塞(108)，所述点火塞(108)包括顶端(110)、基部(112)以及在二者之间延伸的本体(114)；所述本体延伸穿过燃烧器壳体使得所述顶端邻近至少部分地由所述壳体包绕的燃烧区，所述点火塞构造成用以经由所述基部接收点火能量且在所述顶端处产生点火源，所述点火塞还构造成用以感测所述燃烧区中的燃烧动态特性且产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述点火塞(108)包括第一电极 (118)、第二电极(120)和电绝缘体(122)，所述第一电极(118)、第二电极(120)和电绝缘体(122)布置成使得所述第一电极和所述第二电极协作以传送电荷且在所述第一电极的顶端与所述第二电极的顶端之间产生用于所述燃烧器(102)的点火火花。
7.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述点火塞(108)包括第一电极 (118)、第二电极(120)和电绝缘体(122)，所述第一电极(118)、第二电极(120)和电绝缘体(122)布置成使得所述第一电极和所述第二电极协作以传送与邻近所述第一电极和所述第二电极的静电场相关的电流。
8.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)还包括构造成用以从所述点火塞接收燃烧动态特性信息的传感器电路，所述传感器电路构造成用以阻挡传输至所述点火塞以产生火花的一定量能量的至少一部分。
9.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)还包括AC耦接到所述点火塞(108)上的传感器电路(126)。
全文摘要
本发明涉及用于发动机点火和监测的方法及系统。具体而言，一种燃烧器(102)包括包绕燃烧区(106)的壳体(104)，以及包括顶端(110)、基部(112)和在二者之间延伸的本体(114)的点火塞(108)，本体延伸穿过燃烧器壳体使得顶端邻近燃烧区，点火塞构造成经由基部接收能量且在顶端处产生点火源，点火塞还构造成用以感测燃烧区中的燃烧动态特性且产生关于所感测的燃烧动态特性的信号。
文档编号F02C7/266GK102477904SQ20111039410
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者J·B·斯特夫勒 申请人:通用电气航空系统有限责任公司