CN104655361B - 发动机缸内爆震位置检测***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机缸内爆震位置检测***和方法，属于发动机领域。所述***包括：安装在发动机缸上且集成有火花塞的火花塞总成、均匀分布在火花塞四周的多个光纤观测窗口、光纤通讯线、光纤放大单元、光电转换器和计算机单元，每个光纤观测窗口分别设置在光纤通讯线的一个光纤通道的一端上，光纤通道的另一端连接光纤放大单元的一个通道；光纤通讯线，用于将多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至光纤放大单元；光纤放大单元，用于对光纤通讯线传输的多路光信号进行放大；光电转换器，用于将光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号；计算机单元，用于根据光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震以及确定爆震位置。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别涉及一种发动机缸内爆震位置检测***和方法。
背景技术
目前发动机试验开发中主要通过两种方法判断发动机缸内爆震的发生，一种是利用设于缸内的缸压传感器监控燃烧时缸内压力的变化，根据缸压传感器测得的压力曲线的波动来判断爆震；另外一种是利用爆震传感器，根据爆震时压力波引起的缸体的震动来判断爆震的发生；通过这两种方法可以判断发动机是否发生爆震。目前通过缸压传感器和爆震传感器实现的爆震检测，只能判断爆震的发生，却不能判断缸内爆震发生的方位，也就不能进一步确定导致爆震的原因。
发明内容
为了解决现有技术无法确定缸内爆震发生的方位的问题，本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测***和方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测***，所述***包括：
安装在发动机缸上且集成有火花塞的火花塞总成、均匀分布在所述火花塞四周的多个光纤观测窗口、光纤通讯线、光纤放大单元、光电转换器和计算机单元，所述光纤观测窗口设于所述发动机缸内，所述光纤通讯线的每一个光纤通道的一端上均设置一个所述光纤观测窗口，所述光纤通道的另一端连接所述光纤放大单元的一个通道；
所述光纤通讯线，用于将所述多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至所述光纤放大单元；
所述光纤放大单元，用于对所述光纤通讯线传输的多路光信号进行放大；
所述光电转换器，用于将所述光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号；
所述计算机单元，用于根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述火花塞总成还包括套筒，所述火花塞、所述光纤通讯线和所述光纤观测窗口均设于所述套筒内。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述套筒上设有标记线，所述标记线与所述火花塞中的旁电极对齐。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述光纤观测窗口的观测方向与所述火花塞的长度方向呈一锐角，所述观测方向为垂直于所述光纤观测窗口的直线所在方向，多个所述光纤观测窗口的观测方向呈放射状分布于所述火花塞周围。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述光纤观测窗口为石英玻璃光纤观测窗口。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述***包括8个所述光纤观测窗口。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述光纤放大单元包括2个光纤放大器，每个所述光纤放大器包括4个通道。
另一方面，本发明实施例还提供了一种采用如上任一项所述的***实现的发动机缸内爆震位置检测方法，所述方法包括：
将所述多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至所述光纤放大单元；
对所述光纤通讯线传输的多路光信号进行放大；
将所述光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号；
根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，包括：
确定多个所述电信号中的最大电压值；
比较所述最大电压值与预设阀值大小，若所述最大电压值大于或等于所述预设阀值，则确定所述发动机缸内发生爆震。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述确定爆震发生时的爆震位置，包括：
确定所述最大电压值对应的光信号所对应的光纤观测窗口的编号；
根据预先设定的光纤观测窗口的编号与位置的对应关系，确定采集到所述最大电压值对应的光信号的光纤观测窗口的位置为所述爆震位置。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过光纤观测窗口采集发动机内的光信号，然后通过光纤放大单元和光电转换器将光信号转换为电信号，然后根据电信号判断发动机内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置，解决了现有技术无法判断缸内爆震发生的方位的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的发动机缸内爆震位置检测***的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的发动机缸内爆震位置检测***的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的火花塞总成的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的套筒的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的光纤观测窗口的结构示意图；
图6是本发明实施例三提供的发动机缸内爆震位置检测方法的流程图；
图7是本发明实施例四提供的发动机缸内爆震位置检测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测***，参见图1，该***包括：
安装在发动机缸上且集成有火花塞的火花塞总成(图未示)、均匀分布在火花塞四周的多个光纤观测窗口101、光纤通讯线102、光纤放大单元103、光电转换器104和计算机单元105，光纤观测窗口101设于发动机缸内，每个光纤观测窗口101分别设置在光纤通讯线102的一个光纤通道的一端上，光纤通道的另一端连接光纤放大单元103的一个通道；
光纤通讯线102，用于将多个光纤观测窗口101采集到的多路光信号传输至光纤放大单元103，其中，光信号是光纤观测窗口101在缸内采集到的；
光纤放大单元103，用于对光纤通讯线102传输的多路光信号进行放大；
光电转换器104，用于将光纤放大单元103放大后的多路光信号转换为电信号；
计算机单元105，用于根据光电转换器104输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
本发明实施例通过光纤观测窗口采集发动机内的光信号，然后通过光纤放大单元和光电转换器将光信号转换为电信号，然后根据电信号判断发动机内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置，解决了现有技术无法判断缸内爆震发生的方位的问题。
实施例二
本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测***，参见图2和图3，该***包括：
安装在发动机缸2上且集成有火花塞20的火花塞总成200、均匀分布在火花塞20四周的多个光纤观测窗口201、光纤通讯线202、光纤放大单元203、光电转换器204和计算机单元205，每个光纤观测窗口201分别设置在光纤通讯线202的一个光纤通道的一端上，光纤通道的另一端连接光纤放大单元203的一个通道；
光纤通讯线202，用于将多个光纤观测窗口201采集到的多路光信号传输至光纤放大单元203，其中，光信号是光纤观测窗口201在缸内采集到的；
光纤放大单元203，用于对光纤通讯线202传输的多路光信号进行放大；
光电转换器204，用于将光纤放大单元203放大后的多路光信号转换为电信号；
计算机单元205，用于根据光电转换器204输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
如图3和4所示，火花塞总成200还包括套筒200a，火花塞20、光纤通讯线202和光纤观测窗口201均设于套筒200a内。其中，火花塞20包括中心电极20a和旁电极20b。多个光纤观测窗口201均匀分布于中心电极20a周围。
进一步地，套筒200a上设有标记线200b，标记线200b与火花塞20中的旁电极20b对齐。火花塞20安装过程时，保证标记线200b和旁电极20b在同一平面内，火花塞20安装在发动机缸2上，可以确定旁电极20b的位置，从而判断各个光纤观测窗口201所对应的位置。
进一步地，光纤观测窗口201的观测方向与火花塞20的长度方向夹一锐角，观测方向为垂直于光纤观测窗口201的中心的直线所在方向，多个光纤观测窗口201的观测方向呈放射状分布于火花塞20周围。该锐角可以为60度，在发动机运行过程中可以更好的采集探测发动机缸2内缸壁周围各个位置的光信号。其中，光纤通讯线202的光纤通道由火花塞总成200向发动机缸2底部延伸。具体地，发动机点火工作后，正常燃烧的火焰开始传播，如果火焰传播过程中，发动机缸2内温度压力升高过快，达到了一定条件后，爆震点出现自燃现象，即发生爆震。此时，分布在中心电极20a周围的多个光纤观测窗口201采集到不同方向的光信号，采集到的光信号通过光纤通讯线202传输到光纤放大单元203，经过光纤放大单元203和光电转换器204处理后，输入计算机单元205，计算机单元205根据接收到的信号判断发动机缸内是否发生爆震以及爆震位置。
在本发明实施例中，光纤观测窗口201由高纯度、高透明度、耐高温高压材料制成。优选地，光纤观测窗口201可以为石英玻璃光纤观测窗口。
如图5所示，为了保证观测的精度，且与光纤通讯线202的光纤通道数量相匹配，该***可以包括8个光纤观测窗口201。
进一步地，由于常用光纤放大器均为4通道，故光纤放大单元203可以包括2个光纤放大器203a，每个光纤放大器203a包括4个通道。当然，对于其他通道数的光纤放大器，则该光纤放大单元203中的光纤放大器数量可以根据实际情况确定。
进一步地，计算机单元205，用于确定多路电信号中的最大电压值，比较最大电压值与预设阀值大小，若最大电压值大于或等于预设阀值时确定发动机缸内发生爆震；若最大电压值小于预设阀值时则确定发动机缸内未发生爆震；在发生爆震时确定最大电压值对应的光信号所对应的光纤观测窗口的编号；根据预先设定的光纤观测窗口的编号与位置的对应关系，确定采集到最大电压值对应的光信号的光纤观测窗口的位置为爆震位置。
其中，预设阀值可以根据多次试验，事先得出。
根据爆震位置分析出引起爆震的具体原因，如冷却***设计缺陷、气流运行问题、燃烧室热点问题等影响因素，根据爆震原因进行设计改进，从而可以提高点火相位，提高发动机的输出性能，降低油耗。
具体地，计算机单元205可以是台式电脑、笔记本电脑或其他类型计算机。
本发明实施例通过光纤观测窗口采集发动机内的光信号，然后通过光纤放大单元和光电转换器将光信号转换为电信号，然后根据电信号判断发动机内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置，解决了现有技术无法判断缸内爆震发生的方位的问题。
实施例三
本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测方法，该方法采用实施例一或二中的***实现，参见图6，该方法包括：
步骤301：将多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至光纤放大单元。
步骤302：对光纤通讯线传输的多路光信号进行放大。
步骤303：将光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号。
步骤304：根据光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
本发明实施例通过光纤观测窗口采集发动机内的光信号，然后通过光纤放大单元和光电转换器将光信号转换为电信号，然后根据电信号判断发动机内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置，解决了现有技术无法判断缸内爆震发生的方位的问题。
实施例四
本发明实施例提供了一种发动机缸内爆震位置检测方法，该方法采用实施例一或二中的***实现，参见图7，该方法包括：
步骤401：将多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至光纤放大单元。
步骤402：对光纤通讯线传输的多路光信号进行放大。
步骤403：将光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号。
步骤404：确定多路电信号中的最大电压值，比较最大电压值与预设阀值大小，若最大电压值大于或等于预设阀值，则确定发动机缸内发生爆震，且执行步骤405和406；若最大电压值小于预设阀值，则确定发动机缸内未发生爆震。
其中，预设阀值可以根据多次试验，事先得出。
步骤405：在发生爆震时确定最大电压值对应的光信号所对应的光纤观测窗口的编号。
步骤406：根据预先设定的光纤观测窗口的编号与位置的对应关系，确定采集到最大电压值对应的光信号的光纤观测窗口的位置为爆震位置。
根据爆震位置分析出引起爆震的具体原因，如冷却***设计缺陷、气流运行问题、燃烧室热点问题等影响因素，根据爆震原因进行设计改进，从而可以提高点火相位，提高发动机的输出性能，降低油耗。
本发明实施例通过光纤观测窗口采集发动机内的光信号，然后通过光纤放大单元和光电转换器将光信号转换为电信号，然后根据电信号判断发动机内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置，解决了现有技术无法判断缸内爆震发生的方位的问题。
需要说明的是：上述实施例提供的发动机缸内爆震位置检测***在检测发动机缸内爆震时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的发动机缸内爆震位置检测***与发动机缸内爆震位置检测方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发动机缸内爆震位置检测***，其特征在于，所述***包括：
安装在发动机缸上且集成有火花塞的火花塞总成、均匀分布在所述火花塞四周的多个光纤观测窗口、光纤通讯线、光纤放大单元、光电转换器和计算机单元，所述光纤观测窗口设于所述发动机缸内，所述光纤通讯线的每一个光纤通道的一端上均设置一个所述光纤观测窗口，所述光纤通道的另一端连接所述光纤放大单元的一个通道；
所述光纤通讯线，用于将所述多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至所述光纤放大单元；
所述光纤放大单元，用于对所述光纤通讯线传输的多路光信号进行放大；
所述光电转换器，用于将所述光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号；
所述计算机单元，用于根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述火花塞总成还包括套筒，所述火花塞、所述光纤通讯线和所述光纤观测窗口均设于所述套筒内。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述套筒上设有标记线，所述标记线与所述火花塞中的旁电极对齐。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述光纤观测窗口的观测方向与所述火花塞的长度方向呈一锐角，所述观测方向为垂直于所述光纤观测窗口的直线所在方向，多个所述光纤观测窗口的观测方向呈放射状分布于所述火花塞周围。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述光纤观测窗口为石英玻璃光纤观测窗口。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***包括8个所述光纤观测窗口。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述光纤放大单元包括2个光纤放大器，每个所述光纤放大器包括4个通道。
8.一种采用权利要求1-7中任一项所述的***实现的发动机缸内爆震位置检测方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述多个光纤观测窗口采集到的多路光信号传输至所述光纤放大单元；
对所述光纤通讯线传输的多路光信号进行放大；
将所述光纤放大单元放大后的多路光信号转换为电信号；
根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，并确定爆震发生时的爆震位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述光电转换器输出的多路电信号，判断发动机缸内是否发生爆震，包括：
确定多个所述电信号中的最大电压值；
比较所述最大电压值与预设阀值大小，若所述最大电压值大于或等于所述预设阀值，则确定所述发动机缸内发生爆震。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定爆震发生时的爆震位置，包括：
确定所述最大电压值对应的光信号所对应的光纤观测窗口的编号；
根据预先设定的光纤观测窗口的编号与位置的对应关系，确定采集到所述最大电压值对应的光信号的光纤观测窗口的位置为所述爆震位置。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |