測(cè)力傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中的監(jiān)測(cè)作用

本文介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中的電子控制及其意義、氣缸蓋墊壓力的原理和氣缸蓋墊壓力整合的原理。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中的電子控制及其意義。

為了優(yōu)化和調(diào)整噴油參數(shù)和點(diǎn)火參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)需要收集準(zhǔn)確的燃燒過(guò)程數(shù)據(jù)。這涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中的許多電子控制項(xiàng)目，如燃油定量、點(diǎn)火定時(shí)、噴油定時(shí)、EGR、增壓、汽油機(jī)稀釋燃燒、氣缸斷油、甲醇電子控制混合等。這些項(xiàng)目很少用于直接監(jiān)控，只是通過(guò)監(jiān)控扭矩和爆炸來(lái)間接監(jiān)控燃燒過(guò)程。然而，有實(shí)驗(yàn)證明，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制可以通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行優(yōu)化，也可以用于批量生產(chǎn)的汽車(chē)。

近年來(lái)，直接監(jiān)測(cè)燃燒過(guò)程參數(shù)的研究主要集中在火焰前鋒傳感器、離子間隙傳感器、氣缸壓力傳感器和光學(xué)火焰?zhèn)鞲衅魃稀Ｆ渲?，氣缸壓力傳感器提供的信息最有意義、最豐富。這些信息包括壓縮壓力、燃燒起點(diǎn)、氣缸壓力峰值及其出現(xiàn)時(shí)的曲軸位置、平均有效壓力變化率和氣缸壓力峰值出現(xiàn)時(shí)的曲軸位置變化率、指示電力、放熱率、氣缸監(jiān)控爆炸振動(dòng)、氣缸監(jiān)控缺火等。氣缸壓力信號(hào)不僅可以通過(guò)燃料定量、點(diǎn)火定時(shí)、噴油定時(shí)、EGR、增壓壓力、汽油機(jī)稀釋燃燒、氣缸斷油、甲醇混合等電子控制來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程的電子控制，還可以用于缺火的故障診斷。

典型的汽油燃燒過(guò)程電子控制實(shí)例是實(shí)現(xiàn)最佳扭矩的最小點(diǎn)火提前角控制。與缸體壓力峰值相對(duì)應(yīng)的曲軸位置，可采用該控制進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火的角令峰值，使其保持在一定的曲軸位置。值得一提的是，爆炸性地震控制優(yōu)于MBT。結(jié)合MBT控制，確定了最佳的點(diǎn)火提前角度。對(duì)于柴油機(jī)燃燒過(guò)程的監(jiān)類(lèi)似的效果。

氣缸蓋墊壓力傳感器原理

對(duì)氣缸壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案有很多，也有很多。重要的是，該傳感器的結(jié)構(gòu)適用于一般發(fā)動(dòng)機(jī)，不需要改變氣缸蓋，該傳感器的結(jié)構(gòu)和靈敏度特性曲線(xiàn)具有接近燃燒室壁溫度的火花塞的緊固力矩，即使周?chē)錆M(mǎn)油和燃燒氣體，也具有良好的耐久性。年輕時(shí)，為了監(jiān)測(cè)氣缸的壓力，有人試圖在氣缸螺栓上貼上應(yīng)變片，但由于每個(gè)氣缸的壓力對(duì)傳感器信號(hào)的貢獻(xiàn)很難區(qū)分。另一種方案是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞型和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的熾熱塞型氣缸壓力傳感器。目前，該傳感器的基本結(jié)構(gòu)幾乎完成，其中電氣元件是傳感器元件，但該氣缸壓力傳感器的運(yùn)行必須間接測(cè)試密封間隙的運(yùn)動(dòng)。相比之下，整合在氣缸蓋上的壓力傳感器有很大的優(yōu)勢(shì)。由于可以直接測(cè)試氣缸內(nèi)的壓力。

為消除引擎結(jié)構(gòu)的影響，缸內(nèi)壓力傳感器缸蓋這款帶有壓力傳感器的缸蓋墊對(duì)壓力傳感器本身提出了很高的要求，尤其是在使傳感器變得很小的同時(shí)，保證了盡可能高的信號(hào)增益和對(duì)水平影響的不敏感性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)20年的研究，試驗(yàn)了新的晶體化合物，開(kāi)發(fā)了新的晶體培養(yǎng)過(guò)程，現(xiàn)在已有了晶體家庭。這類(lèi)晶體被命名為壓力之星，自1998年開(kāi)始在奇士樂(lè)公司培育，加工成傳感器零件。

這些壓電星晶體的性能是高壓電敏度(比應(yīng)時(shí)高5倍)，如敏感度、線(xiàn)性度、無(wú)滯后性等重要性能對(duì)溫度和時(shí)間的高穩(wěn)定性沒(méi)有雙晶體的形成，也就是說(shuō)，每個(gè)晶體區(qū)域在高溫下接受機(jī)械負(fù)荷時(shí)沒(méi)有極性變化，在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模下晶體的培養(yǎng)過(guò)程中具有可再現(xiàn)性。

壓電壓力傳感器在火花塞和熾熱塞上進(jìn)行了測(cè)試，并成功地制作了第一個(gè)直徑為3毫米的縮小測(cè)試部件的樣品。樣品可以直接用螺紋擰入密封間隙。工作條件最差的部件是傳感器薄膜，特殊的安裝條件可以承受高機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，所以傳感器薄膜不僅決定了測(cè)試精度，還決定了傳感器的使用壽命。

壓力傳感器集成在氣缸蓋墊上。

從原理上講，信號(hào)質(zhì)量主要受傳感器位置的影響。采用多風(fēng)門(mén)技術(shù)和復(fù)雜昂貴的氣缸蓋通道，對(duì)燃燒壓力最為有利傳感器，對(duì)燃燒壓力最為有利。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)采用多風(fēng)門(mén)技術(shù)和復(fù)雜昂貴的氣缸蓋通道，因此幾乎沒(méi)有安裝傳感器的空間。作為靠近燃燒室的功能部件，金屬層疊式氣缸蓋密封已成為壓力傳感器的替代安裝場(chǎng)所，可避免在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中鉆孔。把壓力傳感器集成到氣缸蓋上的目的如下。

-獲取符合顯示圖要求的質(zhì)量水平的壓力信號(hào)。

-實(shí)現(xiàn)盡可能小的安裝厚度，即無(wú)感應(yīng)元件。

形成對(duì)水平影響盡可能低的敏感性，即傳感器對(duì)密封墊的熱耦合和機(jī)械耦合盡可能低。

-造成對(duì)維護(hù)的友好性，也就是說(shuō)，傳感器可以在不拆卸缸蓋的情況下裝卸。

-使所有部件和系統(tǒng)的整體壽命超過(guò)或等于發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。

受傳感器結(jié)構(gòu)尺寸的限制(直徑為3.6毫米，包括傳感器外殼)，只能要求增加安裝厚度。為了保持發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比不變，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的高度，相當(dāng)于批量生產(chǎn)使用的缸蓋的厚度差。

試驗(yàn)結(jié)果表明，帶壓力傳感器的密封墊能更精確地控制燃燒方法——柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于共軌噴油或泵噴嘴噴油。噴油機(jī)組件必須有加工公差，因此各缸全負(fù)荷噴油偏差可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。全負(fù)荷峰值壓力與機(jī)械負(fù)荷極限之間的安全距離可明顯縮小。氣缸可通過(guò)壓力曲線(xiàn)監(jiān)測(cè)燃燒過(guò)程：發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、噴油裝置、排氣再循環(huán)或增壓閉環(huán)控制的故障可根據(jù)非典型峰值壓力立即識(shí)別。

這個(gè)概念基本上適用于通過(guò)氣缸蓋墊收集氣缸壓力。即使它最初局限于試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行，也顯示出批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的可能性。未來(lái)批量生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的前提是進(jìn)行廣泛長(zhǎng)期的系統(tǒng)測(cè)試，進(jìn)一步降低安裝厚度，如將密封功能與外殼功能相結(jié)合，減少橫向力的影響。為了實(shí)現(xiàn)未來(lái)的高科技發(fā)動(dòng)機(jī)，有必要進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)潛力。

用來(lái)改善每個(gè)氣缸壓力的平衡分布。-改善車(chē)載故障診斷OBD。該系統(tǒng)用于根據(jù)排放要求正確優(yōu)化燃燒過(guò)程的潛力。

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