一種變能量的點火測控系統的製作方法
2023-06-20 06:51:21 2
專利名稱:一種變能量的點火測控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種變能量的點火測控系統，該系統包括充電迴路、放電迴路和驅動控制電路；所述充電迴路包括：線性直流恆壓源，以及依次連接在線性直流恆壓源正極和負極之間的第一二極體、第一電阻、充電控制開關、第二二極體和電容組；所述放電迴路包括放電控制開關，點火線圈、電壓探頭和點火電極、PC機、示波器和電流探頭；所述驅動控制電路通過PC機發出觸發信號，通過串口模塊實現與單片機的通信，從而控制充電控制開關與放電控制開關的相應通斷，從而完成每一次點火。本實用新型在每一次點火過程中，能準確地測量出每一次點火過程的點火能量大小，並得到EC-EI曲線，從而通過改變電容組的儲能大小來控制點火能量的大小。
【專利說明】-種變能量的點火測控系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及點火測控系統，具體地指一種變能量的點火測控系統。
【背景技術】
[0002] 點火能量是發動機性能的重要影響因素之一，影響著火核的形成過程與燃料初期 火焰的傳播速度。利用發動機臺架可W開展關於不同點火能量對於發動機動力性、經濟性 與排放的研究，利用定容燃燒彈系統則可W研究不同點火能量對於火焰初期傳播過程的影 響。因此開展點火能量方面的研究便具有十分重要的意義，可W為優化發動機點火系統的 設計與控制提供理論依據。
[0003] 最小點火能量是指引燃一定濃度可燃物或爆炸所需要的最低能量值，是用來衡量 可燃氣體或液體蒸汽的爆炸危險性的重要參數，也是靜電安全的重要技術參數。測量不同 燃料的最小點火能量，既可W為可燃氣體或液體的安全儲運提供參考，也可W為發動機的 點火系統設計提供相關參數依據。因此測定不同燃料的最小點火能量具有重要意義。利用 定容燃燒彈可W測定不同燃料（氣體燃料與部分液體燃料）的最小點火能量。
[0004] 目前公開的可變能量點火系統中，大部分是通過控制影響變能量的參數定性地 控制點火能量的變化，例如電感式點火系統中，通過控制充電時間實現變能量。藉助於模擬 負載手段近似標定點火能量的大小，不能做到實時得到每一次點火過程的點火能量大小。 由於放電過程中電極間負載比較複雜，使得標定的點火能量大小與實際的點火能量存在一 定差異。
[0005] 常用的最小點火能量測量裝置所採用的點火系統，一般是通過直流電源提供萬伏 高壓對電容充電，然後通過讓電容放電完成點火。點火能量則認為是電容的儲能值。該種 點火系統雖然結構簡單，但由於電源的輸出電壓過大，對於線路中元件耐壓要求較高，降 低了系統的使用壽命，在操作過程中具有一定的危險性。同時由於存在線路損耗，使得實際 的點火能量小於電容儲存能量值。
【發明內容】
[0006] 本實用新型目的在於克服上述現有技術的不足而提供一種變能量的點火測控系 統，該點火測控系統能夠實現點火過程中點火能量的可調與可測，既可W根據需要改變點 火能量，且能準確地測量出每一次點火過程的點火能量大小。
[0007] 實現本實用新型目的採用的技術方案是一種變能量的點火測控系統，包括充電回 路、放電迴路、W及控制所述充電迴路、放電迴路進行充電和放電的驅動控制電路、電壓探 頭、電流探頭、點火電極、示波器和PC機；
[000引所述充電迴路包括；線性直流恆壓源，W及依次連接在線性直流恆壓源正極和負 極之間的第一二極體、第一電阻、充電控制開關、第二二極體和電容組；
[0009] 所述放電迴路包括所述電容組、放電控制開關，點火線圈和點火電極，所述放電控 制開關的一端與第二二極體的陰極連接，另一端與點火線圈中初級線圈的一端連接，點火 電極的兩端分別與點火線圈中次級線圈的輸出端和電源負極連接；所述電壓探頭的測試端 和點火線圈中次級線圈輸出端相連接的電極相接，地線錯與電極的另一端相連；電流探頭 接入電極線路中，電壓探頭和電流探頭的採集輸出端分別與示波器連接，示波器通過數據 線與PC機相連；
[0010] 所述驅動控制電路包括5V直流電源、32V直流電源、光電禪合器、單片機系統、= 極管和穩壓二極體，所述5V直流電源的正極經過電阻R2,連接光電禪合器在發光二極體一 側的正極，發光二極體一側的負極與單片機系統所需的工作引腳PX相連；單片機系統通過 串口模塊與PC機連接；光電禪合器的輸出端的發射極與32V直流電源的負極相連，集電極 則與電阻R4相連，同時與S極管的基極相連；電阻R3與電阻R4串聯後與32V直流電源的 正極相連，=極管的發射極接在電阻R4與電阻R3之間，=極管集電極與充電控制開關W及 放電控制開關中的電磁線圈的任意輸入端kl相連，並與穩壓二極體的負極相連；電磁線圈 另一輸入端k2與32V直流電源的負極相連，並與穩壓二極體的正極相連。
[0011] 在上述技術方案中，所述第一二極體D1的陽極與線性直流恆壓源的正極相連，第 一二極體D1的陰極與第二二極體D2的陽極之間依次相連接第一電阻R1和充電控制開關， 第二二極體D2的陰極與電容組的一端連接，電容組的另一端與線性直流恆壓源的負極連 接。
[0012] 在上述技術方案中，所述線性直流恆壓源輸出在0?400V之間變化的電壓；所述 電容組由不同容值的電容並聯而成，且每一個電容串聯一個選擇開關，用W調節電路中所 接電容的容值，所用電容為聚丙締電容，所用選擇開關為機械開關。
[0013] 作為本實用新型的一種優選實施方式，所述變能量的點火測控系統設於發動機臺 架上時，所述線性直流恆壓源包括與汽車電瓶連接的升壓整流電路，W及用於控制升壓整 流電路中應數比的調節開關；充電控制部分包括單向可控娃和用於控制單向可控娃的觸發 電路，所述觸發電路與發動機ECU連接；所述放電控制部分為固態繼電器W及固態繼電器 連接的驅動控制電路，所述驅動控制電路與發動機ECU連接。
[0014] 作為本實用新型的一種優選實施方式，所述變能量的點火測控系統用於定容燃燒 彈實驗臺架上時，所述的線性直流電源用於將市電轉換成所需的直流電壓；所述充電控制 開關和放電控制開關為與驅動控制電路連接的大功率電磁繼電器，驅動電路通過單片機進 行控制，單片機通過串口與PC機進行連接。
[0015] 本實用新型工作過程如下：
[0016] 當充電控制開關閉合時，完成對電容組的充電。電容組充電完成後，充電控制開關 斷開，放電控制開關閉合，此時電容組、放電控制開關與點火線圈構成另一個迴路。放電控 制開關閉合時，電容組完成放電，電流流過點火線圈的初級線圈，使得在次級線圈上產生一 個瞬時高壓。由於電極的一端與點火線圈的次級線圈輸出端相連，一端與電源負極相連， 使得電極間產生瞬時高壓，擊穿電極間的氣體，從而完成點火。
[0017] 本實用新型在點火過程中，電壓探頭與電流探頭分別用來採集點火過程中電極間 的電壓信號與電流信號，並將其送入示波器中完成數據採集與波形顯示，再將採集到的兩 個波形數據傳入計算機中完成相關計算，計算得到點火能量值。
[001引此外，本實用新型還能夠通過改變電路中電容組的容值C與充電後電容組兩端的 電壓U的大小，來改變電容組儲能的大小。本實用新型在每一次點火過程中，點火能量的大 小能夠通過改變電容組的儲能大小來實現。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型變能量的點火測控系統的電路圖。
[0020] 圖2為充、放電控制開關的驅動控制電路圖。
[0021] 圖中標號如下：
[002引 1-線性直流電源（A+線性直流電源正極A-線性直流電源負極）
[0023] D1 二極體
[0024] D2 二極體
[0025] D3穩壓二極體
[0026] R1 電阻
[0027] R2 電阻
[002引 R3 電阻
[0029] R4 電阻
[0030] 2 充電控制開關
[0031] 3 放電控制開關
[003引 4 點火線圈
[0033] 5 電壓探頭
[0034] 6 點火電極
[0035] 7 PC 機
[0036] 8 示波器
[0037] 9 電流探頭
[003引 10放電迴路
[0039] 11 電容組
[0040] 12充電迴路
[0041] J1選擇開關
[0042] J2選擇開關 [00創 J3選擇開關
[0044] J4選擇開關
[0045] J5選擇開關
[0046] J10選擇開關
[0047] C1 電容
[0048] C2 電容
[0049] C3 電容
[0050] C4 電容
[0051] C5 電容
[0052] CIO 電容
[0化3] L1初級線圈 [0054] L2次級線圈
[0化5] 13 5V直流電源正極
[0056] 14 32V直流電源正極
[0化7] 15光電禪合器
[0化引 16 9012型S極管
[0059] 17 32V直流電源負極
[0060] 18單片機系統胸為單片機工作引腳）
[0061] K1電磁線圈輸入端
[0062] K2電磁線圈輸入端
【具體實施方式】
[0063] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0064] 如圖1所示，本實用新型變點火能量的點火測控系統包括充電迴路12和放電迴路 10,其中，
[00化]充電迴路包括線性直流恆壓源1，W及依次連接在線性直流恆壓源1正極和負極 之間的第一二極體D1、第一電阻R1、充電控制開關2、第二二極體D2和電容組11，具體地， 第一二極體D1的陽極與線性直流恆壓源1的正極A+相連，第一二極體D1的陰極與第二二 極管D2的陽極之間依次相連接第一電阻R1和充電控制開關2,第二二極體D2的陰極與電 容組11的一端連接，電容組11的另一端與線性直流恆壓源1的負極連接。
[0066] 本實施例中，線性直流恆壓源1為輸出在0?400V之間變化的電壓。電容組11 由不同容值的電容（C1、C2、C3、C4、C5…C10)並聯而成，每一個電容串聯一個選擇開關（J1、 J2、J3、J4、巧…J10)，用W調節電路中所接電容的容值，所用電容採用聚丙締電容（CBB電 容），選擇開關採用機械開關，能夠進行手動操作。
[0067] 放電迴路包括電容組11、放電控制開關3,點火線圈4、電壓探頭5和點火電極6、 PC機7、示波器8和電流探頭9,放電控制開關3的一端與第二二極體D2的陰極連接，另一 端與點火線圈4中初級線圈L1的一端連接。點火電極6的兩端分別與點火線圈4中次級 線圈L2的輸出端和電源負極連接，電壓探頭5的測試端與和次級線圈輸出端相連接的電極 相接，地線錯與另一端相連。電流探頭9接入電極線路中，電壓探頭5和電流探頭9採集輸 出端與示波器8連接，示波器8通過數據線與PC機7相連。
[0068] 本實用新型所用充電控制開關2和放電控制開關3均為電磁繼電器開關，採用圖 2所示的驅動控制電路進行開閉控制。
[0069] 圖2所示的驅動控制電路中，5V直流電源正極13經過電阻R2,連接光電禪合器15 在發光二極體正極，發光二極體的負極與單片機系統18的工作引腳PX相連。單片機系統 18通過串口模塊與PC機7連接。
[0070] 光電禪合器15的輸出端的發射極與32V直流電源的負極17相連，集電極則與電 阻R4相連，同時與9012型S極管16的基極相連。將電阻R3與電阻R4串聯後與32V直流 電源的正極14相連，9012型S極管16的發射極接在電阻R4與電阻R3之間，並將S極管 16集電極與電磁線圈的任意輸入端kl相連，並與穩壓二極體D3的負極相連。將電磁線圈 另一輸入端k2與32V直流電源的負極17相連，並與穩壓二極體D3的正極相連。穩壓二極 管D3的穩壓值與繼電器線圈額定工作電壓值相同。
[0071] 上述驅動控制電路對充電控制開關2或放電控制開關3進行開閉控制的過程如 下：
[0072] 根據每一次點火要求，PC機7通過串口發出點火信號給單片機系統18,單片機系 統18接受到該點火信號後，根據設定程序完成工作引腳PX的電位變化。當工作引腳PX由 高電位（巧V)變為低電位時（0V)，光電禪合器15的發光二極體接通，使得光禪內部輸出端 的=極管飽和導通，此時9012型=極管16的基極由高電勢變為低電勢，通過合理匹配電阻 R3與R4的阻值，使得9012型=極管16飽和導通，並使電磁線圈兩個輸入端（K1與K2之 間）間的電壓等於其額定工作電壓，此時電磁繼電器吸合，控制開關閉合。反之，單片機系 統18的工作引腳PX為高電勢時，光電禪合器15關斷，9012型立極管16截止，使得電磁繼 電器輸入端（K1與K2之間）間的電壓為0,控制開關斷開。
[0073] 將本實用新型適用於發動機臺架時，直流恆壓電源1可採用通過一個升壓整流電 路，可將電瓶電壓轉換成一個直流恆壓輸出，通過調節開關控制升壓線路中的應數比，實現 輸出的電壓值在一定範圍內變化，調節開關可W採用機械開關。充電控制開關2可採用單 向可控娃，通過觸發電路實現可控娃的導通，電容組11充電結束後，電流過零實現可控娃 的自動關斷。可W根據發動機的實際工作要求，通過ECU控制觸發時刻，從而完成對電容組 11的充電控制。電容可採用不同容值的聚丙締電容（CBB電容），通過並聯構成電容組。放 電控制開關3可W採用固態繼電器，通過ECU控制驅動電路來實現固態繼電器的通斷，從而 完成電容組11放電，實現缸內點火。當本實用新型應用於定容燃燒彈實驗臺架時，直流恆 壓源1可W採用成品的線性直流電源，可將220V巧OHz)交流電轉換成一定範圍內的直流恆 壓輸出。充電控制開關與放電控制開關可W採用與發動機上採用的充、放電控制開關相同 的類型，也可W採用大功率電磁繼電器。在定容燃燒彈實驗臺架中，可W通過PC機發出觸 發信號，通過串口實現與單片機的通信，從而控制充電控制開關與放電控制開關的相應通 斷，完成每一次點火。
[0074] 本實用新型的電容組11是由不同容值的電容並聯而成，每個電容串聯一個選擇 開關，選擇開關的類型可W採用普通機械開關。根據電容的儲能公式：
[0075]
【權利要求】
1. 一種變能量的點火測控系統，其特徵在於：包括充電迴路、放電迴路、以及控制所述 充電迴路、放電迴路進行充電和放電的驅動控制電路、電壓探頭、電流探頭、點火電極、示波 器和PC機； 所述充電迴路包括：線性直流恆壓源，以及依次連接在線性直流恆壓源正極和負極之 間的第一二極體、第一電阻、充電控制開關、第二二極體和電容組； 所述放電迴路包括所述電容組、放電控制開關，點火線圈和點火電極，所述放電控制開 關的一端與第二二極體的陰極連接，另一端與點火線圈中初級線圈的一端連接，點火電極 的兩端分別與點火線圈中次級線圈的輸出端和電源負極連接；所述電壓探頭的測試端和點 火線圈中次級線圈輸出端相連接的電極相接，地線鉗與電極的另一端相連；電流探頭接入 電極線路中，電壓探頭和電流探頭的採集輸出端分別與示波器連接，示波器通過數據線與 PC機相連； 所述驅動控制電路包括5V直流電源、32V直流電源、光電耦合器、單片機系統、三極體 和穩壓二極體，所述5V直流電源的正極經過電阻R2,連接光電耦合器在發光二極體一側的 正極，發光二極體一側的負極與單片機系統所需的工作引腳PX相連；單片機系統通過串口 模塊與PC機連接；光電耦合器的輸出端的發射極與32V直流電源的負極相連，集電極則與 電阻R4相連，同時與三極體的基極相連；電阻R3與電阻R4串聯後與32V直流電源的正極 相連，三極體的發射極接在電阻R4與電阻R3之間，三極體集電極與充電控制開關以及放電 控制開關中的電磁線圈的任意輸入端kl相連，並與穩壓二極體的負極相連；電磁線圈另一 輸入端k2與32V直流電源的負極相連，並與穩壓二極體的正極相連。2. 根據權利要求1所述變能量的點火測控系統，其特徵在於：所述第一二極體Dl的陽 極與線性直流恆壓源的正極相連，第一二極體Dl的陰極與第二二極體D2的陽極之間依次 相連接第一電阻Rl和充電控制開關，第二二極體D2的陰極與電容組的一端連接，電容組的 另一端與線性直流恆壓源的負極連接。3. 根據權利要求1所述變能量的點火測控系統，其特徵在於：所述線性直流恆壓源輸 出在O?400V之間變化的電壓；所述電容組由不同容值的電容並聯而成，且每一個電容串 聯一個選擇開關，用以調節電路中所接電容的容值，所用電容為聚丙烯電容，所用選擇開關 為機械開關。4. 根據權利要求1?3任一項所述變能量的點火測控系統，其特徵在於：所述點火測 控系統設於發動機臺架上時，所述線性直流恆壓源包括與汽車電瓶連接的升壓整流電路， 以及用於控制升壓整流電路中匝數比的調節開關；充電控制部分包括單向可控矽和用於控 制單向可控矽的觸發電路，所述觸發電路與發動機ECU連接；所述放電控制部分為固態繼 電器以及固態繼電器連接的驅動控制電路，所述驅動控制電路與發動機ECU連接。5. 根據權利要求1?3任一項所述變能量的點火測控系統，其特徵在於：所述點火測 控系統用於定容燃燒彈實驗臺架上時，所述的線性直流電源用於將市電轉換成所需的直流 電壓；所述充電控制開關和放電控制開關為與驅動控制電路連接的大功率電磁繼電器，驅 動電路通過單片機進行控制，單片機通過串口與PC機進行連接。
【文檔編號】F02P17-12GK204299766SQ201420770831
【發明者】張尊華, 田淋元, 梁俊傑, 李格升, 楊銳, 譚戩 [申請人]武漢理工大學