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测力传感器在发动机燃烧过程中的监测作用

时间:2021-04-24 点击次数:

本文先容了发动机燃烧过程中的电子控制及其意义、气缸盖垫压力的原理和气缸盖垫压力整合的原理。发动机燃烧过程中的电子控制及其意义。

为了优化和调整喷油参数和点火参数,发动机管理系统需要收集准确的燃烧过程数据。这涉及到发动机燃烧过程中的许多电子控制项目,如燃油定量、点火定时、喷油定时、EGR、增压、汽油机稀释燃烧、气缸断油、甲醇电子控制混合等。这些项目很少用于直接监控,只是通过监控扭矩和爆炸来间接监控燃烧过程。然而,有实验证明,发动机电子控制可以通过适当的技术进行优化,也可以用于批量生产的汽车。


测力传感器在发动机燃烧过程中的监测作用(图1)

近年来,直接监测燃烧过程参数的研究主要集中在火焰前锋传感器、离子间隙传感器、气缸压力传感器和光学火焰传感器上。其中,气缸压力传感器提供的信息最有意义、最丰富。这些信息包括压缩压力、燃烧起点、气缸压力峰值及其出现时的曲轴位置、平均有效压力变化率和气缸压力峰值出现时的曲轴位置变化率、指示电力、放热率、气缸监控爆炸振动、气缸监控缺火等。气缸压力信号不仅可以通过燃料定量、点火定时、喷油定时、EGR、增压压力、汽油机稀释燃烧、气缸断油、甲醇混合等电子控制来实现燃烧过程的电子控制,还可以用于缺火的故障诊断。

典型的汽油燃烧过程电子控制实例是实现最佳扭矩的最小点火提前角控制。与缸体压力峰值相对应的曲轴位置,可采用该控制进行监控,通过调整点火的角令峰值,使其保持在一定的曲轴位置。值得一提的是,爆炸性地震控制优于MBT。结合MBT控制,确定了最佳的点火提前角度。对于柴油机燃烧过程的监类似的效果。

气缸盖垫压力传感器原理

对气缸压力进行监测的方案有很多,也有很多。重要的是,该传感器的结构适用于一般发动机,不需要改变气缸盖,该传感器的结构和灵敏度特性曲线具有接近燃烧室壁温度的火花塞的紧固力矩,即使周围充满油和燃烧气体,也具有良好的耐久性。年轻时,为了监测气缸的压力,有人试图在气缸螺栓上贴上应变片,但由于每个气缸的压力对传感器信号的贡献很难区分。另一种方案是汽油发动机的火花塞型和柴油发动机的炽热塞型气缸压力传感器。目前,该传感器的基本结构几乎完成,其中电气元件是传感器元件,但该气缸压力传感器的运行必须间接测试密封间隙的运动。相比之下,整合在气缸盖上的压力传感器有很大的优势。由于可以直接测试气缸内的压力。

为消除引擎结构的影响,缸内压力传感器缸盖这款带有压力传感器的缸盖垫对压力传感器本身提出了很高的要求,尤其是在使传感器变得很小的同时,保证了尽可能高的信号增益和对水平影响的不敏感性是一个巨大的挑战。经过20年的研究,试验了新的晶体化合物,开发了新的晶体培养过程,现在已有了晶体家庭。这类晶体被命名为压力之星,自1998年开始在奇士乐企业培育,加工成传感器零件。

这些压电星晶体的性能是高压电敏度(比应时高5倍),如敏感度、线性度、无滞后性等重要性能对温度和时间的高稳定性没有双晶体的形成,也就是说,每个晶体区域在高温下接受机械负荷时没有极性变化,在工业生产规模下晶体的培养过程中具有可再现性。

压电压力传感器在火花塞和炽热塞上进行了测试,并成功地制作了第一个直径为3毫米的缩小测试部件的样品。样品可以直接用螺纹拧入密封间隙。工作条件最差的部件是传感器薄膜,特殊的安装条件可以承受高机械负荷和热负荷,所以传感器薄膜不仅决定了测试精度,还决定了传感器的使用寿命。

压力传感器集成在气缸盖垫上。

从原理上讲,信号质量主要受传感器位置的影响。采用多风门技术和复杂昂贵的气缸盖通道,对燃烧压力最为有利传感器,对燃烧压力最为有利。现代发动机结构采用多风门技术和复杂昂贵的气缸盖通道,因此几乎没有安装传感器的空间。作为靠近燃烧室的功能部件,金属层叠式气缸盖密封已成为压力传感器的替代安装场所,可避免在发动机结构中钻孔。把压力传感器集成到气缸盖上的目的如下。

-获取符合显示图要求的质量水平的压力信号。

-实现尽可能小的安装厚度,即无感应元件。

形成对水平影响尽可能低的敏感性,即传感器对密封垫的热耦合和机械耦合尽可能低。

-造成对维护的友好性,也就是说,传感器可以在不拆卸缸盖的情况下装卸。

-使所有部件和系统的整体寿命超过或等于发动机的寿命。

受传感器结构尺寸的限制(直径为3.6毫米,包括传感器外壳),只能要求增加安装厚度。为了保持发动机的压缩比不变,降低了发动机缸体的高度,相当于批量生产使用的缸盖的厚度差。

试验结果表明,带压力传感器的密封垫能更精确地控制燃烧方法——柴油发动机主要用于共轨喷油或泵喷嘴喷油。喷油机组件必须有加工公差,因此各缸全负荷喷油偏差可根据发动机电子控制系统进行补偿。全负荷峰值压力与机械负荷极限之间的安全距离可明显缩小。气缸可通过压力曲线监测燃烧过程:发动机磨损、喷油装置、排气再循环或增压闭环控制的故障可根据非典型峰值压力马上识别。

这个概念基本上适用于通过气缸盖垫收集气缸压力。即使它最初局限于试验台的运行,也显示出批量生产发动机的可能性。未来批量生产发动机的前提是进行广泛长期的系统测试,进一步降低安装厚度,如将密封功能与外壳功能相结合,减少横向力的影响。为了实现未来的高科技发动机,有必要进一步研究开发潜力。

用来改善每个气缸压力的平衡分布。-改善车载故障诊断OBD。该系统用于根据排放要求正确优化燃烧过程的潜力。

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