CN102620938B - 活塞式发动机回火检测装置及回火试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及活塞式发动机回火检测装置及试验方法，属于内燃机测试技术领域。所述回火检测装置包括传感器、回火信号检测仪、模数转换模块和数据存储及显示模块。传感器安装于被测发动机进气管的进气门处，传感器与回火信号检测仪相连接；经回火信号检测仪处理后的信号连接到模数转换模块，模数转换模块的输出与数据存储及显示模块相连。本发明同时公开了一种活塞式发动机回火趋势判断试验方法和人工诱导回火方式下回火试验方法，可用于航空活塞式发动机适航认证标准中要求的回火试验。本发明采用特征工况下的回火试验来诊断和排除活塞式发动机回火故障以提高发动机运行的可靠性具有重要应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及活塞式发动机回火检测装置及试验方法，属于内燃机测试技术领域。
背景技术
活塞式汽油发动机依靠汽油、空气混合气在气缸内燃烧作功产生动力。当气缸内混合气过稀时，气缸内燃烧速度变慢，排气进程将近结束时，燃烧过程仍未结束，在进气门和排气门的叠开区，尚未结束的燃烧火焰有可能从进气门窜入进气管，点燃混合气，造成进气管回火，严重时伴有“砰砰”的异常声响。此外，点火时间过迟、发动机各缸点火次序错乱、气门关闭不严等原因皆能引起活塞式发动机的回火。活塞式发动机的回火会增大发动机的进气阻力，使充气效率降低，导致发动机启动困难、功率下降、运转不稳、油耗上升，严重的可引燃燃油，造成发动机着火。回火现象的准确检测对于诊断和排除活塞式发动机回火故障具有重要的意义。特别的，航空活塞式发动机要取得适航型号合格证才能装配相应的民用飞机，回火试验是航空活塞式发动机适航认证标准中一项重要的试验内容。通过回火试验验证航空活塞式发动机是否存在回火趋势以及回火对发动机可靠性的影响。
航空发动机发生回火现象时，其燃烧火焰从燃烧室向进气管返回，发动机进气管压力和温度瞬时升高，产生发光、发热现象，有时会伴有声音，可通过对这些现象的检测来判断发动机是否发生了回火。温度传感器响应存在时间滞后，难以在回火瞬间检测到温度的变化，采用声音传感器又容易受到发动机噪声的干扰。
经国内外文献检索，尚未发现有关活塞式发动机回火检测装置和试验方法研究的公开文献发表。
发明内容
本发明的目的是为解决活塞式发动机回火现象的检测问题，提供一种活塞式发动机回火检测装置及试验方法，本发明的检测装置可应用于对活塞式发动机回火现象的检测，其检测方法适用于发动机回火趋势确定和人工诱导回火方式下发动机的回火试验。
一种活塞式发动机回火检测装置，包括传感器、回火信号检测仪、模数(A/D)转换模块和数据存储及显示模块。传感器安装于被测发动机进气管的进气门处，传感器与回火信号检测仪相连接；经回火信号检测仪处理后的信号连接到A/D转换模块，A/D转换模块的输出与数据存储及显示模块相连。
所述传感器采用动态压力传感器或光电传感器，用来测量回火发生时进气管压力的变化或发光现象。传感器安装在距发动机进气门一定距离处，同时，与水平方向倾斜一定角度，以使得传感器能够较灵敏地探测到发动机进气门处发生的回火现象。
所述的回火信号检测仪包括信号滤波单元、信号阈值设定单元、比较器、信号放大单元、LED显示模块和数码计数器模块。其中，信号滤波单元的输入连接传感器，输出分别连接至比较器和模数转换模块；信号阈值设定单元的输出连接至比较器，比较器输出至信号放大单元；信号放大单元的输出分别连接至LED显示和数码计数器。回火信号检测仪对传感器信号进行实时放大滤波后，与设定的阈值信号相比较，确定是否发生了回火；如发生回火，LED显示模块则驱动安装于回火信号检测仪面板上的LED灯闪烁，同时，数码计数器模块记录回火次数。本发明的回火信号检测仪包括多个通道，可实现对活塞发动机各缸回火信号的同时检测。
所述的A/D转换模块将信号滤波单元输出的模拟信号转换为数字信号。
所述的数据存储及显示模块对A/D转换模块输出的回火数据进行实时记录、存储并显示，以便于试验后对试验结果进行分析。
一种活塞式发动机回火试验方法，具体包括如下步骤：
步骤1，发动的冷起动工况，发动机正常起动多次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤2，调节发动机至起飞状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点；保持混合比杆的位置不变，调整油门杆至慢车转速，根据发动机性能进行多次加减速，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤3，调节发动机至最大连续状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤4，调节发动机至某几个特征工况进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤5，在热机状态下，发动机正常起动多次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤6，调节发动机至发动机掉转检查工作状态，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤7，对步骤1-步骤6得到的回火检测信号结果进行分析，判断发动机是否存在回火倾向，并进行回火测试试验。如果发动机没有任何回火倾向，则人工诱导产生3次以上回火；若判断发动机有回火倾向，则人工诱导产生20次以上的回火。试验过程中，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号。
回火测试试验的具体方法为：
调整发动机点火提前角至正常工作状态-1°±0.5°，混合比杆处于最富油位置，调节油门杆使发动机至最大连续状态，缓慢向贫油方向调整混合比杆，使发动机产生回火；若仍不能使发动机发生回火，则继续调整点火提前角-1°±0.5°直至发动机发生回火。
步骤8，对步骤7记录的回火检测信号进行分析，并结合发动机性能试验和拆解检查对发动机的可靠性进行评估，得到回火对发动机的影响。
有益效果
本发明同时公开了一种活塞式发动机回火趋势判断试验方法和人工诱导回火方式下回火试验方法，可用于航空活塞式发动机试航认证标准中要求的回火试验。本发明采用多次和多种工况下的试验，对于诊断和排除活塞式发动机回火故障以提高发动机运行的可靠性具有重要应用价值。
本发明的检测装置和试验方法对回火趋势的判定和回火试验方法具有重要的指导意义和参考价值。
附图说明
图1为具体实施方式中用于回火检测的光电传感器；
图2(a)为具体实施方式中用于传感器信号检测的6通道回火信号检测仪；图2(b)为回火信号检测仪后面板；
图3为本发明的回火信号检测仪检测电路原理框图；
图4为本发明的回火试验硬件安装实施的原理图；
图5为具体实施方式中光电传感器安装图；
图6为具体实施方式中回火试验方法的简易流程图。
标号说明：
1-光电传感器，2-感光元件，3-连接电缆，4-清零键，5-LED显示灯，6-数码计数器，7-回火信号检测仪，8-电源开关，9-电源插头，10-信号输出端子，11-信号输入端子，12-6缸活塞式发动机，13-发动机进气管，14-A/D转换模块，15-计算机，16-发动机进气门。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和一个航空活塞式发动机回火试验来具体说明本发明的实施方式。
1.回火信号检测原理
本实施例的活塞式发动机回火检测装置，包括传感器、回火信号检测仪2、A/D转换模块14和数据存储及显示模块；其中传感器采用光电传感器1，数据存储及显示模块采用计算机15结合其中的采集软件实现；回火信号检测仪2为6通道回火信号检测仪，如图2所示，前面板装有清零键4，LED显示灯5，数码计数器6，后面板装有电源开关8，电源插头9，信号输出端子10，信号输入端子11。
回火信号检测仪7的内部检测电路如图3所示，包括信号滤波单元、信号阈值设定单元、比较器、信号放大单元、LED显示模块和数码计数器模块。为减小外界干扰的影响，光电传感器1输出的电压信号首先通过一个低通信号滤波单元。在发动机正常工作状态下，由于外界干扰的存在，光电传感器1信号输出电压会有小幅波动，而在回火现象发生时，光电传感器1信号输出电压则会产生一个较强电压脉冲信号，信号的幅值与回火的强弱有关。在回火信号检测仪7中，阈值设定单元通过可调电位器输出一个恒定电压并与信号滤波单元滤波后的信号相比较。发动机无回火现象时，滤波后信号小于信号阈值单元设定值，比较器输出电压为0伏；发动机有回火现象时，滤波后信号大于阈值设定单元设定值，比较器输出电压为正值，经信号放大单元放大后产生一个5V限值电压信号。放大后的信号驱动安装在回火信号检测仪7前面板上的LED显示灯5和数码计数器6，在回火现象发生时LED显示灯5闪烁，同时，数码计数器6记录回火发生的次数。信号滤波单元滤波后的信号同时输出到模数转换模块14，由安装在计算机15上的数据采集软件实时显示到计算机显示屏上并存储到硬盘中，这些保存的滤波后未经比较放大的回火信号可用于对发动机回火次数的统计和发动机回火强弱的分析。应用本原理的6通道回火信号检测仪7可实现对图4中6缸活塞发动机12各缸回火信号的同时检测。
2.回火试验检测硬件***的安装
本实施例中的光电传感器1包括感光元件2和连接电缆3，其中感光元件2采用光电三极管或光敏二极管，在回火检测试验中安装于发动机进气管13处，如图4所示。连接电缆3与回火信号检测仪7后面板上信号输入端子11相连接，回火信号检测仪7的输出端子10与A/D转换模块14相连接，A/D转换模块14与安装了数据采集软件的计算机15相连接。在回火试验中回火信号在计算机15显示屏上实时显示并存储到硬盘上。
光电传感器1在发动机进气管13上的安装位置如图5所示，本实施例中，光电传感器1安装于距发动机进气门16约50～80mm处，同时，光电传感器1与水平方向倾斜一定角度，约15～25°角，以使得感光元件2能够探测到发动机进气门16处发生的回火现象。
3.活塞式发动机回火试验
按图4连接好回火检测装置硬件后，即可在发动机试车台上进行活塞式发动机的回火测试试验。在回火试验前应保证发动机工作状态正常，其功率、扭矩、燃油消耗率符合其技术数据的规定。按图6所示的回火试验方法流程，进行回火趋势测试试验。
回火趋势试验可按如下步骤进行：
发动的冷起动工况，发动机正常起动5次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号；
调节发动机至起飞状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点；保持混合比杆的位置不变，调整油门杆至慢车转速，发动机进行加减速各5次，加速时间为2秒，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号；
调节发动机至最大连续状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号；
调节发动机至0.75最大连续状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号；
调节发动机至0.6最大连续状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
在热机状态下，发动机正常起动5次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号；
调节发动机至发动机掉转检查工作状态，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号。
在以上试验中，如果发动机没有任何回火倾向，则进行回火测试试验，人为产生3次以上回火；若确定发动机有回火倾向，则进行回火测试试验，人为产生20次以上的回火。
回火测试试验的具体方法为：
调整发动机点火提前角至正常工作状态-1°±0.5°，混合比杆处于最富油位置，调节油门杆使发动机至最大连续状态，缓慢向贫油方向调整混合比杆，使发动机产生3次或20次以上回火；若仍不能使发动机发生回火，则继续调整点火提前角-1°±0.5°直至发动机发生回火。试验过程中，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并通过计算机记录回火检测信号。
以上为采用本文公开的回火信号检测装置和试验方法，采用光电传感器进行活塞式发动机回火测试的一种具体实施方式，其检测装置和试验方法适用于民航发动机适航认证标准的中要求的回火测试试验。
采用动态压力传感器进行发动机回火测试试验时，除回火信号检测仪中信号滤波方式不同外，其实施方式与使用光电传感器进行回火测试相同。
尽管本文描述了本发明内容的一种具体实施方式，但本领域的技术人员能够构想出一些不改变实质性发明内容的实施方式的修改和变化，如回火信号检测仪通道数的改变，回火试验方法中试验顺序的改变，回火试验方法中工况选择的改变等。因此，应当理解的是，所附权利要求意在涵盖在本质上与本发明实质性内容相同的这些修改和变化。
Claims (5)
1.一种活塞式发动机回火检测装置，其特征在于：包括传感器、回火信号检测仪、模数转换模块和数据存储及显示模块；传感器安装于被测发动机进气管的进气门处，传感器与回火信号检测仪相连接；经回火信号检测仪处理后的信号连接到模数转换模块，模数转换模块的输出与数据存储及显示模块相连；
所述传感器采用动态压力传感器或者光电传感器；用来测量回火发生时进气管压力的变化或发光现象；
所述的回火信号检测仪包括多个通道，实现对活塞发动机各缸回火信号的同时检测；具体包括信号滤波单元、信号阈值设定单元、比较器、信号放大单元、LED显示模块和数码计数器模块；其中，信号滤波单元的输入连接传感器，输出分别连接至比较器和模数转换模块；信号阈值设定单元的输出连接至比较器，比较器输出至信号放大单元；信号放大单元的输出分别连接至LED显示模块和数码计数器模块；回火信号检测仪对传感器信号进行实时放大滤波后，与设定的阈值信号相比较，确定是否发生了回火；如发生回火，LED显示模块则驱动安装于回火信号检测仪面板上的LED灯闪烁，同时，数码计数器模块记录回火次数；
所述的模数转换模块将信号滤波单元输出的模拟信号转换为数字信号；
所述的数据存储及显示模块对模数转换模块输出的回火数据进行实时记录、存储并显示。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式发动机回火检测装置，其特征在于：所述传感器的安装位置为距发动机进气门一定距离，同时与水平方向倾斜一定角度。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式发动机回火检测装置，其特征在于：所述的光电传感器的感光元件采用光电三极管或者光敏二极管。
4.一种活塞式发动机回火试验方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，发动的冷起动工况，发动机正常起动多次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤2，调节发动机至起飞状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点；保持混合比杆的位置不变，调整油门杆至慢车转速，根据发动机性能进行多次加减速，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤3，调节发动机至最大连续状态进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点,通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤4，调节发动机至某几个特征工况进行运转，调节混合比杆，减小供油量至发动机不能稳定工作的临界点,通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤5，在热机状态下，发动机正常起动多次，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤6，调节发动机至发动机掉转检查工作状态，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
步骤7，对步骤1-步骤6得到的回火检测信号结果进行分析，判断发动机是否存在回火倾向，并进行回火测试试验；如果发动机没有任何回火倾向，则人工诱导产生3次以上回火；若判断发动机有回火倾向，则人工诱导产生20次以上的回火；试验过程中，通过回火信号检测仪检测发动机回火现象，并记录回火检测信号；
回火测试试验的具体方法为：
调整发动机点火提前角至正常工作状态-1°±0.5°，混合比杆处于最富油位置，调节油门杆使发动机至最大连续状态，缓慢向贫油方向调整混合比杆，使发动机产生回火；若仍不能使发动机发生回火，则继续调整点火提前角-1°±0.5°直至发动机发生回火；
步骤8，对步骤7记录的回火检测信号进行分析，并结合发动机性能试验和拆解检查对发动机的可靠性进行评估，得到回火对发动机的影响。
5.根据权利要求4所述的一种活塞式发动机回火试验方法，其特征在于：所述步骤1至步骤6的试验顺序根据实际情况改变。
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