第8章：控制燃燒用傳感器

1、第第8 8章：控制燃燒用傳感器章：控制燃燒用傳感器v8.18.1、燃燒壓力傳感器、燃燒壓力傳感器v8.28.2、燃燒溫度傳感器、燃燒溫度傳感器v8.38.3、燃燒光傳感器、燃燒光傳感器v8.48.4、離子電流傳感器、離子電流傳感器8.1 8.1 燃燒壓力傳感器燃燒壓力傳感器1 1、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與氣缸內(nèi)壓力的關(guān)系、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒與氣缸內(nèi)壓力的關(guān)系u點(diǎn)火提前角是確定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度與壓力的關(guān)鍵因素點(diǎn)火提前角是確定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒溫度與壓力的關(guān)鍵因素2 2、燃燒壓力傳感器分類、燃燒壓力傳感器分類v一類是以燃燒室內(nèi)的一面一類是以燃燒室內(nèi)的一面為受壓面的直接型壓力傳感為受壓面的直接型壓力傳感器，簡(jiǎn)稱器，簡(jiǎn)稱PDS

2、PDS；u安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上 v一類是緊固在火花塞上的一類是緊固在火花塞上的墊圈形壓力傳感器，簡(jiǎn)稱墊圈形壓力傳感器，簡(jiǎn)稱PGS,PGS,安裝在火花塞上安裝在火花塞上. .3 3、PGSPGS（墊圈形氣缸壓力傳感器）（墊圈形氣缸壓力傳感器）、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、原理原理v在燃燒壓力的在燃燒壓力的作用下，形成將作用下，形成將火花塞向上推的火花塞向上推的一個(gè)力，一個(gè)力，PGSPGS上上的緊固載荷發(fā)生的緊固載荷發(fā)生變化，由此可以變化，由此可以測(cè)定燃燒壓力。測(cè)定燃燒壓力。、功能功能v各缸上都設(shè)有各缸上都設(shè)有PGSPGS，所以可以可靠地測(cè)出所以可以可靠地測(cè)出各缸是否發(fā)生爆震，各缸是否發(fā)生爆震，可

3、將各缸都控制在最可將各缸都控制在最佳點(diǎn)火時(shí)間，從而最佳點(diǎn)火時(shí)間，從而最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的功能。的功能。u用用PGSPGS實(shí)現(xiàn)各氣缸的控制爆震實(shí)現(xiàn)各氣缸的控制爆震u利用利用PGSPGS檢測(cè)斷火檢測(cè)斷火v將上止點(diǎn)（將上止點(diǎn)（TDCTDC）前后同樣曲軸轉(zhuǎn)角前后同樣曲軸轉(zhuǎn)角之間的壓力值分別之間的壓力值分別加以積分，當(dāng)上止加以積分，當(dāng)上止點(diǎn)后的積分值大于點(diǎn)后的積分值大于上止點(diǎn)前的積分值上止點(diǎn)前的積分值時(shí)，燃燒正常；當(dāng)時(shí)，燃燒正常；當(dāng)不大于時(shí)，就是斷不大于時(shí)，就是斷火?；稹利用利用PGSPGS實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)MBTMBT控制控制vMBTMBT控制的含義是：控制的含義是：v按可獲得按可獲得最大

4、扭矩最大扭矩的的最佳最佳提前角提前角來(lái)控制來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)間點(diǎn)火時(shí)間。v如果控制點(diǎn)火時(shí)間總是如果控制點(diǎn)火時(shí)間總是保證保證pmaxpmax為為ATDC13ATDC13CACA時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了MBTMBT控制?？刂啤燃燒壓力峰值時(shí)曲軸位置與燃燒壓力峰值時(shí)曲軸位置與指示平均有效壓力的關(guān)系曲線指示平均有效壓力的關(guān)系曲線4 4、內(nèi)裝壓力傳感器式火花塞內(nèi)裝壓力傳感器式火花塞PPSPPS5 5、直接型壓力傳感器（、直接型壓力傳感器（PDSPDS）、性能要求：、性能要求：至少對(duì)燃燒壓力至少對(duì)燃燒壓力應(yīng)具有線性輸出應(yīng)具有線性輸出特性。特性。、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、功能功能vMBTMBT控制：控制：控制某一曲軸控制某

5、一曲軸位置上的燃油位置上的燃油的燃燒比例為的燃燒比例為一定值。一定值。、MBTMBT控制控制、廢氣再循環(huán)（、廢氣再循環(huán)（EGREGR）控制）控制vEGREGR控制系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)中、小負(fù)荷控制系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)中、小負(fù)荷工況下將工況下將6 61515的廢氣引入進(jìn)氣管中，以的廢氣引入進(jìn)氣管中，以降低氣缸內(nèi)的最高燃燒溫度，減少降低氣缸內(nèi)的最高燃燒溫度，減少NONOX X的生成的生成量，并對(duì)廢氣的進(jìn)氣時(shí)間進(jìn)行控制。量，并對(duì)廢氣的進(jìn)氣時(shí)間進(jìn)行控制。v提高提高EGREGR率，率，NOxNOx可以減少，但同時(shí)燃燒時(shí)間可以減少，但同時(shí)燃燒時(shí)間變長(zhǎng)，變長(zhǎng)，EGREGR率過(guò)高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也將下降率過(guò)高

6、時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也將下降，這種現(xiàn)象也反應(yīng)在燃燒壓力的變化上；，這種現(xiàn)象也反應(yīng)在燃燒壓力的變化上；因此，因此，在某曲軸位置上，當(dāng)能保證根據(jù)燃燒壓在某曲軸位置上，當(dāng)能保證根據(jù)燃燒壓力變化求得的燃燒比例為一定值時(shí)，就可以實(shí)力變化求得的燃燒比例為一定值時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)EGREGR率的閉環(huán)控制。率的閉環(huán)控制。、A/FA/F控制控制v隨著隨著A/FA/F的增加，燃燒壓力峰值的雜散量增加。因此，如能的增加，燃燒壓力峰值的雜散量增加。因此，如能將燃燒壓力峰值的位置控制在曲軸角度的某一范圍之內(nèi)的話，將燃燒壓力峰值的位置控制在曲軸角度的某一范圍之內(nèi)的話，既可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，也可以在某限度內(nèi)實(shí)現(xiàn)稀燃控制。既可以

7、保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，也可以在某限度內(nèi)實(shí)現(xiàn)稀燃控制。v不使用稀燃混合氣傳感器，而是采用了最新開(kāi)發(fā)的可直接檢不使用稀燃混合氣傳感器，而是采用了最新開(kāi)發(fā)的可直接檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)的燃燒壓力傳感器，測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀態(tài)的燃燒壓力傳感器，這樣測(cè)得的信息是氣缸這樣測(cè)得的信息是氣缸內(nèi)的燃燒壓力，所以能實(shí)現(xiàn)更精密的空燃比反饋控制。內(nèi)的燃燒壓力，所以能實(shí)現(xiàn)更精密的空燃比反饋控制。8.2 8.2 燃燒溫度傳感器燃燒溫度傳感器1 1、頂置安裝式、頂置安裝式燃燒氣體溫度燃燒氣體溫度傳感器傳感器2 2、裝于火花塞內(nèi)的燃燒溫度傳感器、裝于火花塞內(nèi)的燃燒溫度傳感器8.3 8.3 燃燒光傳感器燃燒光傳感器1 1、裝于火花塞內(nèi)的光傳

8、感器、裝于火花塞內(nèi)的光傳感器、傳感器的結(jié)構(gòu)、傳感器的結(jié)構(gòu)v中心電極設(shè)有通孔，將光導(dǎo)纖維設(shè)置于孔中，采用中心電極設(shè)有通孔，將光導(dǎo)纖維設(shè)置于孔中，采用高耐熱性的粘結(jié)劑固定光導(dǎo)纖維，為確保密封性，中高耐熱性的粘結(jié)劑固定光導(dǎo)纖維，為確保密封性，中心電極上方充有硅橡膠。心電極上方充有硅橡膠。v光導(dǎo)體的作用是檢測(cè)燃燒時(shí)所發(fā)出的光，將其設(shè)于光導(dǎo)體的作用是檢測(cè)燃燒時(shí)所發(fā)出的光，將其設(shè)于火花塞內(nèi)是出于：這樣就可選用直徑很小的石英系列火花塞內(nèi)是出于：這樣就可選用直徑很小的石英系列光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維。、用燃燒光傳感器檢測(cè)斷火用燃燒光傳感器檢測(cè)斷火v利用燃燒光利用燃燒光判斷，斷火時(shí)判斷，斷火時(shí)無(wú)光產(chǎn)生。無(wú)光產(chǎn)生。、用

9、燃燒光傳感器進(jìn)行用燃燒光傳感器進(jìn)行MBTMBT控制控制v完成完成MBTMBT控制，控制，對(duì)燃燒傳感器來(lái)對(duì)燃燒傳感器來(lái)說(shuō)，就是檢測(cè)著火說(shuō)，就是檢測(cè)著火時(shí)間。著火后，燃時(shí)間。著火后，燃燒光傳感器的信號(hào)燒光傳感器的信號(hào)急劇地增大，所以急劇地增大，所以利用燃燒光傳感器利用燃燒光傳感器的信號(hào)就可很容易的信號(hào)就可很容易地測(cè)出著火時(shí)間。地測(cè)出著火時(shí)間。、用燃燒光傳感器控制爆震用燃燒光傳感器控制爆震8.4 8.4 離子電流傳感器離子電流傳感器v伴隨著火焰的伴隨著火焰的產(chǎn)生，有離子和產(chǎn)生，有離子和電子存在。電子存在。v在火花塞正負(fù)極兩端加一個(gè)直流偏置電壓，在發(fā)動(dòng)在火花塞正負(fù)極兩端加一個(gè)直流偏置電壓，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)

10、火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，缸內(nèi)電離的離子和電子在偏機(jī)缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，缸內(nèi)電離的離子和電子在偏置電壓電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，在火花塞正負(fù)極之間形置電壓電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，在火花塞正負(fù)極之間形成離子電流。成離子電流。1 1、應(yīng)用離子電流測(cè)量火焰的傳播及著火延遲、應(yīng)用離子電流測(cè)量火焰的傳播及著火延遲v利用有離子電流利用有離子電流開(kāi)始通過(guò)這一現(xiàn)象開(kāi)始通過(guò)這一現(xiàn)象就可以掌握到達(dá)離就可以掌握到達(dá)離子火花塞的時(shí)間。子火花塞的時(shí)間。當(dāng)在燃燒室壁上安當(dāng)在燃燒室壁上安裝幾個(gè)離子火花塞裝幾個(gè)離子火花塞的話，就可以弄清的話，就可以弄清火焰到達(dá)各點(diǎn)的時(shí)火焰到達(dá)各點(diǎn)的時(shí)間。若測(cè)定出離子間。若測(cè)定出離子火花塞上火焰到達(dá)火花塞上火焰到

11、達(dá)時(shí)間的話，就弄清時(shí)間的話，就弄清了火焰?zhèn)鞑ニ俣?。了火焰?zhèn)鞑ニ俣取初始燃燒時(shí)間初始燃燒時(shí)間2 2、利用離子電流檢測(cè)早燃、利用離子電流檢測(cè)早燃v所謂早燃是指因燃燒室內(nèi)的熱點(diǎn)，造成在正常所謂早燃是指因燃燒室內(nèi)的熱點(diǎn)，造成在正常點(diǎn)火時(shí)間之前使混合氣著火的現(xiàn)象。點(diǎn)火時(shí)間之前使混合氣著火的現(xiàn)象。v在矩形波下沿處出現(xiàn)早燃波形，此矩形波是由固定在矩形波下沿處出現(xiàn)早燃波形，此矩形波是由固定比分割電路產(chǎn)生的，即使轉(zhuǎn)速變化也沒(méi)必要調(diào)整，由比分割電路產(chǎn)生的，即使轉(zhuǎn)速變化也沒(méi)必要調(diào)整，由此就可以監(jiān)視剛要點(diǎn)火前的一定區(qū)間。當(dāng)利用離子電此就可以監(jiān)視剛要點(diǎn)火前的一定區(qū)間。當(dāng)利用離子電流的信號(hào)檢測(cè)出比基準(zhǔn)電平高約流的信號(hào)檢

12、測(cè)出比基準(zhǔn)電平高約0.5V0.5V時(shí)，就可以斷定時(shí)，就可以斷定出現(xiàn)了早燃，可以用蜂鳴器來(lái)報(bào)警。出現(xiàn)了早燃，可以用蜂鳴器來(lái)報(bào)警。早燃檢測(cè)早燃檢測(cè)裝置各部裝置各部電路的電電路的電壓波形壓波形3 3、離子電流與、離子電流與A/FA/Fv離子電流的大小就是離子產(chǎn)生的速度，換句話說(shuō)，可把它離子電流的大小就是離子產(chǎn)生的速度，換句話說(shuō)，可把它看成是相應(yīng)的熱量產(chǎn)生的速度。所以可以說(shuō)，是以離子電流看成是相應(yīng)的熱量產(chǎn)生的速度。所以可以說(shuō)，是以離子電流最大值時(shí)的最大值時(shí)的A/FA/F，進(jìn)行了最激烈的發(fā)熱反應(yīng)。，進(jìn)行了最激烈的發(fā)熱反應(yīng)。4 4、離子電流傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用、離子電流傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用v火焰的等效

13、電阻與外加火焰的等效電阻與外加電壓、串聯(lián)電阻之間沒(méi)有電壓、串聯(lián)電阻之間沒(méi)有多大關(guān)系，大致為一定值多大關(guān)系，大致為一定值，但極性不同時(shí)，等效電，但極性不同時(shí)，等效電阻變化較大；正極性時(shí)其阻變化較大；正極性時(shí)其值低些。與值低些。與B B火花塞相比，火花塞相比，當(dāng)極性不同時(shí)，當(dāng)極性不同時(shí)，A A火花塞火花塞變化較大，這種差別是因變化較大，這種差別是因電極結(jié)構(gòu)的差別造成的。電極結(jié)構(gòu)的差別造成的。、極性效果極性效果v在火焰中存在著離子和電子，就有離子電流通過(guò)，但與電子在火焰中存在著離子和電子，就有離子電流通過(guò)，但與電子相比，正離子的質(zhì)量大，移動(dòng)困難，停滯在電極周圍；這時(shí)，相比，正離子的質(zhì)量大，移動(dòng)困難，

14、停滯在電極周圍；這時(shí)，在正極性的狀況下，正離子集中在側(cè)電極旁；在負(fù)極性的狀況在正極性的狀況下，正離子集中在側(cè)電極旁；在負(fù)極性的狀況下集中在中心電極旁，所以一般認(rèn)為：與負(fù)極性相比，在正極下集中在中心電極旁，所以一般認(rèn)為：與負(fù)極性相比，在正極性的狀況下，正離子集中在面積較大些的側(cè)電極時(shí)，等效電阻性的狀況下，正離子集中在面積較大些的側(cè)電極時(shí)，等效電阻低些。低些。、離子電流離子電流檢測(cè)方法之一檢測(cè)方法之一、離子電流檢測(cè)方法之二離子電流檢測(cè)方法之二 ENDENDv膜片膜片推桿推桿半球體半球體壓電元件壓電元件放大器放大器v傳力元件所受到的力作用到與底座結(jié)合的應(yīng)變片傳力元件所受到的力作用到與底座結(jié)合的應(yīng)變片上，應(yīng)變片上采用了硅單晶制作的壓電電阻，由上，應(yīng)變片上采用了硅單晶制作的壓電電阻，由此在壓電效應(yīng)的作用下產(chǎn)生電壓信號(hào)。此在壓電效應(yīng)的