[实用新型]自适应离子电流检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于内燃机技术领域，涉及一种检测内燃机燃烧状态的装置。

背景技术

发动机燃烧过程取决于缸内混合气的物理和化学等综合作用，为了控制发动机的燃烧过程，需要一个实时反馈信号来确定燃烧的状态。离子电流信号包含大量发动机缸内燃烧和运转的信息，通过信号采集和处理，能够获得所需要的燃烧信息并用于燃烧过程的闭环控制。离子电流的大小与瞬时局部离子浓度有关，而局部离子浓度的大小一方面取决于缸内燃烧化学反应生成离子的能力，另一方面取决于缸内局部的混合气浓度。因此能使缸内局部离子浓度发生变化的因素都能通过离子电流检测出来。通过对离子电流的时域和频域信号的研究，就可以定量和定性地揭示出气缸内燃烧过程的性质，获得气缸内燃烧过程的丰富信息，如着火时刻、爆震和空燃比等，或利用离子电流信号进行燃烧过程分析。

特别是当发动机工作在HCCI（均质压燃）模式时，燃烧完全受气相化学反应速率控制，根据化学反应动力学理论，自燃着火是依靠可燃混合气自身的缓慢氧化反应来逐渐积累热能和活化分子，从而自行加速反应，最后导致燃烧，而氧化燃烧过程伴随着化学电离过程，因此，离子电流传感技术相比其他传感检测技术，在研究控制HCCI着火时刻与燃烧速率时，具有明显的优势。

另外，当发动机工作在SI（火花点火）模式时，缸内燃烧的状态和HCCI模式下有显著差异，由于两种燃烧模式下的混合气当量比不同，在相同的偏置电压下造成离子电流的强度有很大不同，若要获得相同强度的离子电流，需提供不同的偏置电压。

2008年8月6日公开的公开号为2010968827的中国实用新型专利“火花塞离子电流检测电路”公开了一种火花塞离子电流检测电路，其电路原理图如图1所示。该实用新型能够使检测到的离子电流完全隔离点火放电的影响，施加恒定的偏置电压，获得的离子电流能够较为准确地反映发动机缸内燃烧状态，但是该电路只能对发动机单一工作模式时有较好的精准度，而对于发动机工作在SI/HCCI多模式下时，电路无法进行自适应，有很大的局限性。此外，发动机的工作环境决定了它随时都可能受到内外界的电磁干扰，这种干扰可能以冲击脉冲的形式进入控制系统内部，干扰破坏某些电子器件的工作，也可能以噪声的形式串入传感器信号中，影响控制系统对发动机运行状况的判断。当发动机的工作模式由SI燃烧模式向HCCI燃烧模式的过渡时，必然会有火花点火。由于采用火花塞作为离子电流传感器，点火放电干扰必然会显著影响离子电流信号波形。为了确保系统可靠的工作和获得理想的离子电流信号，必须充分考虑整个离子电流检测系统的抗干扰性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在发动机SI/SCCI多模式下均能够准确、实时地检测内燃机缸内燃烧状态的离子电流检测电路。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种自适应离子电流检测装置，包括点火隔离模块、高压隔离模块、偏置电源模块、分压模块、信号预处理模块以及可变电阻模块；其中，所述点火隔离模块的一端连接发动机的点火模块，另一端既连接发动机火花塞的输入端，又连接所述高压隔离模块的一端，以隔离点火干扰；所述高压隔离模块的另一端连接所述偏置电源模块的正极，以隔离高压干扰；所述偏置电源模块的负极连接所述分压模块的一端，所述分压模块的另一端连接所述可变电阻模块的输入端；所述可变电阻模块的输出端连接所述信号预处理模块的输入端；所述可变电阻模块具有发动机燃烧模式控制信号接收端。

所述点火隔离模块包括点火隔离电容。

所述点火隔离电容为陶瓷电容。

所述陶瓷电容的电容值为5皮法。

所述高压隔离模块包括并联连接的高压硅堆和电阻R₁，所述高压硅堆的正极为所述高压隔离模块的输入端，连接发动机火花塞的中心电极，负极为所述高压隔离模块的输出端，连接所述偏置电源模块的正极。

所述高压硅堆的型号为2CL2FK，反向击穿电压为40千伏；所述电阻R₁的阻值为10兆欧。

所述偏置电源模块包括一个电源。

所述分压模块包括电阻R₂、电阻R₃和电阻R₄，其中所述电阻R₃和所述电阻R₄并联，且整体与所述电阻R₂串联；所述电阻R₂的另一端连接所述偏置电源模块的负极，所述电阻R₃和所述电阻R₄的另一端则连接所述可变电阻模块。