一種內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)燃燒壓力及壓力升高率等燃燒過程表征參數(shù)蘊(yùn)含了缸內(nèi)燃燒過程的豐富信息，這些信息能夠?yàn)閮?nèi)燃機(jī)的研發(fā)及性能改進(jìn)提供重要的參考依據(jù)。燃燒過程表征參數(shù)測試裝置一般由測試裝置、處理及顯示裝置等部分組成。測試裝置用于測試壓力信號，而處理及顯示裝置則用于對測試的信號進(jìn)行處理及顯示。
[0003]目前缸內(nèi)壓力測試系統(tǒng)主要包含兩類:一類是手持式壓力測試儀，一般都采用指針式壓力表頭，通過管路連接至發(fā)動機(jī)的噴油器或火花塞安裝位置，用于測試發(fā)動機(jī)的壓縮壓力，這類設(shè)備僅能夠測試最大壓縮壓力，無法得到整個過程的壓力曲線，且僅能夠在純壓縮的過程進(jìn)行測試，無法得到燃燒時的壓力曲線，目前僅用于對發(fā)動機(jī)氣缸的密封性能進(jìn)行測試；另一類是內(nèi)燃機(jī)燃燒分析儀，以計(jì)算機(jī)為平臺，基于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)，通過壓力傳感器測試燃燒壓力曲線，并進(jìn)行相關(guān)的分析，此類設(shè)備價格昂貴，一般都在十萬元以上，另外，由于設(shè)備體積大、攜帶不便，在某些現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的場合無法應(yīng)用。
[0004]根據(jù)上述對目前兩種常見的壓力測試裝置的分析可知，手持式壓力測試儀結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但功能有限，目前一般是用于對發(fā)動機(jī)的壓縮壓力進(jìn)行測試，反映氣缸的密封性能，無法滿足燃燒過程壓力測試的需要；內(nèi)燃機(jī)燃燒分析儀功能滿足要求，但由于價格昂貴、攜帶不便等特點(diǎn)，多用于實(shí)驗(yàn)室等固定場合試驗(yàn)中，無法大量的推廣應(yīng)用。綜上可知，目前缺少一種介于上述兩種內(nèi)燃機(jī)壓力測試裝置之間的測試方法及裝置，這種測試方法及裝置既具有便于攜帶、價格低廉的特點(diǎn)，又能夠滿足燃燒過程測試分析的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試方法及裝置，本裝置具備兩種工作模式:1)簡易采樣模式:該模式下僅需要安裝缸壓傳感器即可，通過缸壓信號可以得到缸壓曲線及壓力升高率曲線，據(jù)此可以得到壓力峰值及壓力升高率峰值，此外，根據(jù)缸壓信號還可以得到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；2)復(fù)雜采樣模式:該模式下除了安裝缸壓傳感器外，還需角標(biāo)信號和同步信號提供角度信息，因此該模式不僅可以得到壓力峰值及壓力升高率峰值，還能夠得到兩參數(shù)出現(xiàn)的相位及與曲軸轉(zhuǎn)角相關(guān)的壓力曲線和壓力升高率曲線。裝置使用時，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求選擇相應(yīng)的模式即可。提出的裝置不僅可以輸入220V交流電，還可以利用發(fā)動機(jī)啟動用蓄電池提供電源，尤其適用于現(xiàn)場測試的場合。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試裝置，包括傳感器單元、信號處理單元及顯示終端，其中，傳感器單元用于獲取內(nèi)燃機(jī)的缸內(nèi)壓力和角標(biāo)信號與同步信號，并輸入至信號處理單元，信號處理單元包括信號處理電路、單片機(jī)及外圍電路，信號處理電路的模擬信號處理電路接收缸內(nèi)壓力，將其傳輸給單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳，信號處理電路的脈沖處理電路接收角標(biāo)信號和同步信號，將其傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)算得到表征燃燒過程的參數(shù)值，通過顯示終端進(jìn)行顯示。
[0008]所述傳感器單元，包括缸壓傳感器和角標(biāo)器，其中，缸壓傳感器安裝在發(fā)動機(jī)缸蓋上，通過測壓通道連接至發(fā)動機(jī)的燃燒室，角標(biāo)器通過彈性聯(lián)軸器連接至發(fā)動機(jī)的曲軸。
[0009]所述缸壓傳感器測試的缸內(nèi)壓力為模擬信號，角標(biāo)器輸出兩種脈沖信號:角標(biāo)信號和同步信號，其中角標(biāo)信號每當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)一圈時輸出多個脈沖信號，同步信號每當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)一圈時只輸出一個脈沖信號，該信號用于反映上止點(diǎn)的位置。
[0010]所述角標(biāo)器輸出的角標(biāo)及同步信號經(jīng)過整形電路處理成標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號，送入單片機(jī)的輸入捕捉功能引腳中。
[0011]所述信號處理單元，包括信號處理電路、單片機(jī)、通訊電路、存儲電路和實(shí)時時鐘電路，其中，信號處理電路連接單片機(jī)，實(shí)時時鐘電路和存儲電路連接單片機(jī)，單片機(jī)通過通訊電路連接顯示終端。
[0012]所述顯示終端包括工作模式選擇模塊、通道標(biāo)定模塊、找上止點(diǎn)模塊、信號測試模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊及測試結(jié)果存儲模塊，其中:
[0013]所述工作模式選擇模塊，用于選擇測試裝置的當(dāng)前模式；
[0014]所述通道標(biāo)定模塊，用于控制信號處理單元進(jìn)入標(biāo)定狀態(tài)，在每個標(biāo)定點(diǎn)采集缸內(nèi)壓力傳感器的信號，對傳感器及測試通道進(jìn)行整體標(biāo)定；
[0015]所述找上止點(diǎn)模塊，用于在每次重新安裝角標(biāo)器后，確定同步信號與發(fā)動機(jī)壓縮上止點(diǎn)間的角度間隔，保證峰值壓力出現(xiàn)時刻及最大壓力升高率出現(xiàn)時刻角度參數(shù)的準(zhǔn)確性；
[0016]所述信號測試模塊，用于控制信號處理單元按照選擇的工作模式采集缸內(nèi)壓力信號;
[0017]所述數(shù)據(jù)顯示模塊，用于將測試的壓力曲線及計(jì)算得到的燃燒過程表征參數(shù)顯示;
[0018]所述測試結(jié)果存儲模塊，用于將計(jì)算得到的燃燒過程表征參數(shù)進(jìn)行存儲。
[0019]—種基于上述內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試裝置的簡易采樣模式工作方法，包括以下步驟:
[0020](I)按照設(shè)定的采樣頻率采集固定點(diǎn)數(shù)的缸壓信號；
[0021](2)從采集的信號中找一個完整的循環(huán)，如果采集的信號不夠一個循環(huán)，則將采樣頻率降低I倍，重復(fù)(I)的操作，直到能夠能到一個完整循環(huán)再執(zhí)行后續(xù)操作；
[0022](3)根據(jù)當(dāng)前的采樣頻率及一個循環(huán)的采樣點(diǎn)數(shù)確定當(dāng)前一個循環(huán)的時間，并計(jì)算在當(dāng)前的循環(huán)時間內(nèi)一個循環(huán)采集N個點(diǎn)需要的采樣頻率；
[0023](4)按照該采樣頻率采集2N個數(shù)據(jù)；
[0024](5)從采集的2N個數(shù)據(jù)中提取一個完整循環(huán)的壓力曲線，計(jì)算得到壓力升高率曲線，據(jù)此得到壓力峰值及壓力升高率峰值。
[0025]所述步驟(I)中，如果當(dāng)前系統(tǒng)剛開始工作，正在進(jìn)行第一次數(shù)據(jù)采集，則按設(shè)定轉(zhuǎn)速下，設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)能夠采集N個數(shù)據(jù)確定采樣頻率，當(dāng)發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速均高于設(shè)定轉(zhuǎn)速，設(shè)定的采樣點(diǎn)數(shù)能夠采集更長的時間，更能保證獲取一個完整循環(huán)的缸壓數(shù)據(jù)；如果已經(jīng)不是第一次采集，則按上一次的頻率采集數(shù)據(jù)。
[0026]設(shè)定轉(zhuǎn)速為400r/min。
[0027]所述步驟⑵的具體方法為:在測試的缸壓信號中設(shè)定一個限值，在曲線中找到經(jīng)過限值兩個點(diǎn)所在的位置Pl和P2，則P2減去Pl即為一個完整循環(huán)的點(diǎn)數(shù)，在找完整循環(huán)的時候限值不能設(shè)為固定值，應(yīng)能自動調(diào)整。
[0028]所述步驟⑵中，具體方法包括:
[0029]I)限值的確定:
[0030]按固定的點(diǎn)數(shù)采集數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)通過滑動濾波進(jìn)行處理，減弱干擾信號的影響，從處理后的數(shù)據(jù)中找最大壓力值Pmax和最小壓力值Pmin，限值I等于(Pmax-Pmin)/2，限值 II 等于(Pmax-Pmin)/4 ；
[0031]2)循環(huán)時間的確定:
[0032]確定一個循環(huán)始點(diǎn)的時候，首先找連續(xù)2個超過限值I的點(diǎn)Pl和P2，如果Pl超過限值I，而P2低于限值I，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)是干擾信號，再重新向后找兩個連續(xù)高于限值I的點(diǎn)；找到這兩個點(diǎn)后，再找連續(xù)兩個低于限值II的點(diǎn)，如果P3和P4兩個連續(xù)采樣點(diǎn)都低于限值II，則認(rèn)為從P4開始是一個循環(huán)的開始時刻，同理一個循環(huán)的結(jié)束時刻也用這種方法確定。
[0033]—種基于上述內(nèi)燃機(jī)燃燒過程表征參數(shù)測試裝置的復(fù)雜采樣模式工