基于虚拟仪器的火花塞离子电流采集与分析系统的研究

火花塞离子电流信号携带着丰富的发动机燃烧过程的信息。应用虚拟仪器技术在LabVIEW的开发环境下,研制了一套火花塞离子电流采集与分析系统,能实时采集火花塞离子电流信号,并有效地分析提取各种反映燃烧过程的特征参数。介绍了该系统的硬件构成、软件设计及其测试结果。

基于内部残余废气的汽油HCCI燃烧过程离子电流特性

燃烧相位和燃烧状态在HCCI燃烧控制中至关重要．为了控制该过程，需要一个来自某种燃烧传感器的反馈信号来确定实际燃烧过程的状态．通过对动态工况下火花塞离子电流与HCCI燃烧相位和燃烧状态的相关性进行研究，分析了离子电流的影响因素，提取出与燃烧相关的离子电流特征参数．结果表明，离子电流拐点相位、峰值相位与HCCI燃烧相位有很好的线性相关性，其相关系数在0．95以上，可以用于燃烧相位在线检测；离子电流峰值、积分面积和拐点值与燃烧负荷的相关系数都在0．65～0．73之间，可以在一定程度上反映燃烧负荷情况．通过检测离子电流信号用于HCCI燃烧指示并用于燃烧过程闭环控制．

基于火花塞离子电流信号的发动机爆震检测研究

气缸内燃烧时产生大量的离子,在火花塞上施加适当的偏置电压就会形成离子电流。离子电流信号包含了丰富的燃烧信息。作者研究了焰后区的离子电流信号与爆震的关系。试验表明离子电流高频部分的平均能量的大小与爆震有关,可以用于检测爆震的发生和强度。同时还给出了基于离子电流信号的临界爆震强度与转速之间的关系。

点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型

针对火花塞离子电流的应用问题,基于点燃式发动机在燃烧过程中特定时城内燃气呈等离子体状态的认识,分析研究了发动机燃烧室内燃气离子化的过程；综合运用化学动力学、热力学和等离子体物理学的有关理论和定律,推导出点燃式发动机火花塞离子电流的数学模型．模拟结果表明：离子电流信号强度与火花塞中心电极截面以及火花塞间隙间外加偏置电压成正比,与火花塞间隙成反比；离子电流还受燃气等离子体中带电粒子迁移率和带电粒子浓度的影响,且直接正比于这两个参量；离子电流在特定时城内的变化呈现双峰值状态,这是由于在燃气离子化进程中,带电粒子浓度将呈现两个高峰期．

火花塞电极离子电流的初步探讨及其应用研究

通过分析和研究流经火花塞电极之间的离子电流，提出了直接利用火花塞电极作为传感器检测汽车发动机燃烧室内工作过程信号的新方法。在火花塞电极上加一偏置电压，当燃气燃烧时，燃气与氧气发生作用并产生大量离子，燃气离子通过火花塞电极间隙即可形成离子电流。本文对离子电流的检测原理，离子电流的基本特性进行了详细的分析和研究，对离子电流及信号电压与偏置电压的关系，离子电流和信号电压与火花塞电极间隙之间的关系进行了试验研究，并成功地检测出发动机燃烧膨胀行程中的离子电流信号，为将火花塞作为检测传感器进行深入细致的研究奠定了基础。

外加电场对火花塞离子电流的影响

提出了在发动机燃烧过程特定时域的火花塞离子电流的计算模型；分析了影响离子电流外加电场的两个结构参数；利用自主开发的火花塞离子电流信号采集与分析系统，在一台单缸4冲程小型汽油机上试验研究了火花塞间隙和偏置电压对火花塞离子电流信号的影响程度。研究结果表明，在火花塞离子电流检测电路中偏置电压选定在400-600V为宜。偏置电压和火花塞间隙对离子电流峰值、积分值和信号延续期等特征参数有明显的影响，而对信号峰值位置的影响并不明显。

采用离子电流法的发动机非正常燃烧诊断

为了在线获得发动机工作过程中气缸内的燃烧信息,并对发动机非正常燃烧进行诊断,在一台点燃式汽油机的气缸垫内对称布置8个离子电流测量电极,来采集发动机正常燃烧与爆震、失火时气缸内的离子电流信号,经分析比较给出了爆震和失火的诊断依据。结果显示：爆震时,气缸垫内4号测量电极测得的离子电流信号的峰值大于1μA,7号测量电极测得的离子电流信号提前出现且在上止点附近;失火时,5号、6号测量电极测得的离子电流很微弱,小于0.2μA,离子电流信号推迟出现且在上止点后30°~40°之间。该结果可为离子电流法获取点燃式及压燃式发动机气缸内不同位置的信息提供理论依据,且方法简单易行、获得燃烧信息全面,可为实现基于离子电流法的发动机电控系统开发提供实验基础。

发动机不完全燃烧的故障诊断及火花塞积碳的试验研究

本文提出了一种检测发动机是否完全燃烧的新方法。在火花塞电极上加一附加电压,使其两端产生一定的电位差。当缸内混合气燃烧时,燃烧生成的大量燃气离子通过火花塞电极间隙产生离子电流;当发动机不完全燃烧时,由于燃烧不充分,燃气所产生的离子数大大低于正常燃烧时的值。因此通过对流经火花塞离子电流信号的检测和分析,能有效的对发动机是否完全燃烧作出准确的判断。本文还分别对由于火花塞积碳以及间隙过小,导致点火能量不足,从而造成的不完全燃烧,在稳定火焰燃烧场和DA462 A型汽油机上分别进行了试验研究。试验结果显示,正常燃烧与部分燃烧的离子电流信号在数值上差异较大。所以该方法完全可以用于发动机不完全燃烧的故障诊断。

离子电流作为燃烧讯号在内燃机中的应用

本文着重通过对火花塞热值测定过程中各种点火和燃烧状态的波形,分析介绍了离子电流作为燃烧讯号在内燃机中的应用,并对与点火波形分析密切相关的火花塞热值测定及其炽热点火显示装置作了必要的论述,最后还就离子电流在内燃机中的进一步应用作了探讨。

基于火花塞离子电流信号点燃式发动机早燃状态的检测

简单阐述火花塞离子电流法的基本原理,以NF157FMI汽油发动机为例设计一套火花塞离子电流检测系统.基于气缸内燃烧时产生的离子电流信号,经小波阈值去噪后分析其波形特点,根据其获得的燃烧信息实现对发动机早燃状态的检测.

基于FLS-SVM的火花塞离子电流点火信号时间差软测量模型及其应用

根据模糊最小二乘支持向量机的理论方法,提出一种基于发动机的转矩、转速以及点火提前角为特征参数的火花塞离子电流点火信号时间差软测量模型,并采用混沌量子遗传算法对模糊最小二乘支持向量机的惩罚函数C和核参数σ进行优化。研究结果表明:该软测量模型所得参数相对误差小于1.00%;其优化控制后的发动机CO体积分数比原型发动机降低8.61%,NOx体积分数降低12.83%;HC体积分数降低7.68%,取得了较好的排放性能。

火花塞离子电流产生与检测质量影响因素研究

火花塞离子电流包含大量发动机缸内燃烧信息,基于其产生的机理阐述了火花塞主要结构参数如电极结构、点火电压以及点火正时等对离子电流的产生以及检测方面的影响;同时,分析了偏置电压以及发动机缸内燃烧状况对离子电流产生与检测的影响。对火花塞间隙0.8mm、0.9mm和1.0mm时定量探讨了偏置电压与离子电流的关系,即间隙越小测量敏感程度越高。

火花塞热值测定及其点火的波形分析

本文着重通过对火花塞正常点火和炽热点火离子电流显示的波形分析介绍在大量试验中观察到的一些新的现象和其中的内在联系，并对与波形分析密切相关的火花塞热值测定作了必要的介绍，最后还就离子电流作为燃烧现象的讯号在内燃机中的进一步应用作了探讨．

基于单片机技术的火花塞离子电流检测系统研究

基于离子电流的诊断方法,设计了一套以火花塞为传感器,以MC9S12XS128单片机为核心的离子电流检测系统.该系统应用单片机技术以及离子电流回路检测发动机工作时的燃烧信号,通过高压硅堆以及小波降噪技术自动隔离高压、高频信号,然后对火花塞离子电流信号进行在线采集并通过界面显示,有效提取特征参数;对发动机运行过程中离子电流信号进行试验研究,采集1 000个点耗时约20 259μs,离子电流两个峰值之间的时间间隔大约为5 ms,此离子电流的峰值延迟时刻大约是42°,与实际气缸的燃烧情况基本一致;通过与数字示波器采集信号对比,验证了本系统对离子电流信号采集的准确性.

SI/HCCI双燃烧模式汽油机火花塞离子电流检测装置的研究

为了研究离子电流信号在HCCI燃烧负荷拓展控制中的应用,研制了一套用于SI/HCCI双燃烧模式下离子电流检测装置,检测出两种模式下的离子电流信号,取得了满意的效果。研究表明离子电流信号能够良好地指示实际燃烧过程,如燃烧定时、非正常燃烧等,可为HCCI燃烧控制提供非常重要的信息。

火花塞炽热点火离子电流显示装置的设计

本文介绍了显示火花塞炽热点火最新颖最灵敏的方法─—离子电流法及其机理，尽管要在示波器荧屏上同时显示离子电流讯号和电点火讯号是非常困难的，但本文对这种显示装置的线路在原理和设计上作了深入探讨，取得满意的解决方案，同时还给出了所检测的典型火花塞各种工况的波形图．该装置不仅是显示火花塞炽热点火的重要工具，更可为发动机的点火系统、供油系统和燃烧过程的监控、研究和自动控制提供一种有效的手段．

关于火花塞离子流幅度的影响因素和变化规律的试验

通过优化火花塞离子流检测电路,抑制了点火高压所产生的高频高压干扰,得到了幅度在0.3～3.2V量级的稳定离子流信号。分别更换了3种不同的火花塞,在发动机不同转速、不同负荷情况下采集离子流信号,对这些信号的幅度进行分析对比。经对比发现,离子流信号幅度受火花塞参数影响较为明显,并且基本上随转速、负荷的增加而增强。最后,分析了离子流信号幅度受火花塞参数、发动机转速和负荷等因素影响的原因。