專利名稱:一種變能量的點火測控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種變能量的點火測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括充電回路、放電回路和驅(qū)動控制電路；所述充電回路包括：線性直流恒壓源，以及依次連接在線性直流恒壓源正極和負(fù)極之間的第一二極管、第一電阻、充電控制開關(guān)、第二二極管和電容組；所述放電回路包括放電控制開關(guān)，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(qū)動控制電路通過PC機發(fā)出觸發(fā)信號，通過串口模塊實現(xiàn)與單片機的通信，從而控制充電控制開關(guān)與放電控制開關(guān)的相應(yīng)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(zhǔn)確地測量出每一次點火過程的點火能量大小，并得到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(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及點火測控系統(tǒng)，具體地指一種變能量的點火測控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 點火能量是發(fā)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(fā)動機臺架可W開展關(guān)于不同點火能量對于發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性 與排放的研究，利用定容燃燒彈系統(tǒng)則可W研究不同點火能量對于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(yōu)化發(fā)動機點火系統(tǒng)的 設(shè)計與控制提供理論依據(jù)。
[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?xì)怏w或液體蒸汽的爆炸危險性的重要參數(shù)，也是靜電安全的重要技術(shù)參數(shù)。測量不同 燃料的最小點火能量，既可W為可燃?xì)怏w或液體的安全儲運提供參考，也可W為發(fā)動機的 點火系統(tǒng)設(shè)計提供相關(guān)參數(shù)依據(jù)。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(tǒng)中，大部分是通過控制影響變能量的參數(shù)定性地 控制點火能量的變化，例如電感式點火系統(tǒng)中，通過控制充電時間實現(xiàn)變能量。借助于模擬 負(fù)載手段近似標(biāo)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。 由于放電過程中電極間負(fù)載比較復(fù)雜，使得標(biāo)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采用的點火系統(tǒng)，一般是通過直流電源提供萬伏 高壓對電容充電，然后通過讓電容放電完成點火。點火能量則認(rèn)為是電容的儲能值。該種 點火系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于電源的輸出電壓過大，對于線路中元件耐壓要求較高，降 低了系統(tǒng)的使用壽命，在操作過程中具有一定的危險性。同時由于存在線路損耗，使得實際 的點火能量小于電容儲存能量值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種變能量的點火測控系 統(tǒng)，該點火測控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)點火過程中點火能量的可調(diào)與可測，既可W根據(jù)需要改變點 火能量，且能準(zhǔn)確地測量出每一次點火過程的點火能量大小。
[0007] 實現(xiàn)本實用新型目的采用的技術(shù)方案是一種變能量的點火測控系統(tǒng)，包括充電回 路、放電回路、W及控制所述充電回路、放電回路進行充電和放電的驅(qū)動控制電路、電壓探 頭、電流探頭、點火電極、示波器和PC機；
[000引所述充電回路包括；線性直流恒壓源，W及依次連接在線性直流恒壓源正極和負(fù) 極之間的第一二極管、第一電阻、充電控制開關(guān)、第二二極管和電容組；
[0009] 所述放電回路包括所述電容組、放電控制開關(guān)，點火線圈和點火電極，所述放電控 制開關(guān)的一端與第二二極管的陰極連接，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(fù)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采集輸出端分別與示波器連接，示波器通過數(shù)據(jù) 線與PC機相連；
[0010] 所述驅(qū)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(tǒng)、= 極管和穩(wěn)壓二極管，所述5V直流電源的正極經(jīng)過電阻R2,連接光電禪合器在發(fā)光二極管一 側(cè)的正極，發(fā)光二極管一側(cè)的負(fù)極與單片機系統(tǒng)所需的工作引腳PX相連；單片機系統(tǒng)通過 串口模塊與PC機連接；光電禪合器的輸出端的發(fā)射極與32V直流電源的負(fù)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(lián)后與32V直流電源的 正極相連，=極管的發(fā)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(guān)W及 放電控制開關(guān)中的電磁線圈的任意輸入端kl相連，并與穩(wěn)壓二極管的負(fù)極相連；電磁線圈 另一輸入端k2與32V直流電源的負(fù)極相連，并與穩(wěn)壓二極管的正極相連。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，所述第一二極管D1的陽極與線性直流恒壓源的正極相連，第 一二極管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(guān)， 第二二極管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恒壓源的負(fù)極連 接。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述線性直流恒壓源輸出在0?400V之間變化的電壓；所述 電容組由不同容值的電容并聯(lián)而成，且每一個電容串聯(lián)一個選擇開關(guān)，用W調(diào)節(jié)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(guān)為機械開關(guān)。
[0013] 作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述變能量的點火測控系統(tǒng)設(shè)于發(fā)動機臺 架上時，所述線性直流恒壓源包括與汽車電瓶連接的升壓整流電路，W及用于控制升壓整 流電路中應(yīng)數(shù)比的調(diào)節(jié)開關(guān)；充電控制部分包括單向可控娃和用于控制單向可控娃的觸發(fā) 電路，所述觸發(fā)電路與發(fā)動機ECU連接；所述放電控制部分為固態(tài)繼電器W及固態(tài)繼電器 連接的驅(qū)動控制電路，所述驅(qū)動控制電路與發(fā)動機ECU連接。
[0014] 作為本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述變能量的點火測控系統(tǒng)用于定容燃燒 彈實驗臺架上時，所述的線性直流電源用于將市電轉(zhuǎn)換成所需的直流電壓；所述充電控制 開關(guān)和放電控制開關(guān)為與驅(qū)動控制電路連接的大功率電磁繼電器，驅(qū)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(dāng)充電控制開關(guān)閉合時，完成對電容組的充電。電容組充電完成后，充電控制開關(guān) 斷開，放電控制開關(guān)閉合，此時電容組、放電控制開關(guān)與點火線圈構(gòu)成另一個回路。放電控 制開關(guān)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(chǎn)生一 個瞬時高壓。由于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(fù)極相連， 使得電極間產(chǎn)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采集點火過程中電極間 的電壓信號與電流信號，并將其送入示波器中完成數(shù)據(jù)采集與波形顯示，再將采集到的兩 個波形數(shù)據(jù)傳入計算機中完成相關(guān)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與充電后電容組兩端的 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(xiàn)。

【附圖說明】

[0019] 圖1為本實用新型變能量的點火測控系統(tǒng)的電路圖。
[0020] 圖2為充、放電控制開關(guān)的驅(qū)動控制電路圖。
[0021] 圖中標(biāo)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(fù)極）
[0023] D1 二極管
[0024] D2 二極管
[0025] D3穩(wěn)壓二極管
[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(guān)
[0031] 3 放電控制開關(guān)
[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放電回路
[0039] 11 電容組
[0040] 12充電回路
[0041] J1選擇開關(guān)
[0042] J2選擇開關(guān) [00創(chuàng) J3選擇開關(guān)
[0044] J4選擇開關(guān)
[0045] J5選擇開關(guān)
[0046] J10選擇開關(guān)
[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(fù)極
[0060] 18單片機系統(tǒng)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(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)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(tǒng)包括充電回路12和放電回路 10,其中，
[00化]充電回路包括線性直流恒壓源1，W及依次連接在線性直流恒壓源1正極和負(fù)極 之間的第一二極管D1、第一電阻R1、充電控制開關(guān)2、第二二極管D2和電容組11，具體地， 第一二極管D1的陽極與線性直流恒壓源1的正極A+相連，第一二極管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(guān)2,第二二極管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恒壓源1的負(fù)極連接。
[0066] 本實施例中，線性直流恒壓源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)并聯(lián)而成，每一個電容串聯(lián)一個選擇開關(guān)（J1、 J2、J3、J4、巧…J10)，用W調(diào)節(jié)電路中所接電容的容值，所用電容采用聚丙締電容（CBB電 容），選擇開關(guān)采用機械開關(guān)，能夠進行手動操作。
[0067] 放電回路包括電容組11、放電控制開關(guān)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(guān)3的一端與第二二極管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(fù)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采集輸 出端與示波器8連接，示波器8通過數(shù)據(jù)線與PC機7相連。
[0068] 本實用新型所用充電控制開關(guān)2和放電控制開關(guān)3均為電磁繼電器開關(guān)，采用圖 2所示的驅(qū)動控制電路進行開閉控制。
[0069] 圖2所示的驅(qū)動控制電路中，5V直流電源正極13經(jīng)過電阻R2,連接光電禪合器15 在發(fā)光二極管正極，發(fā)光二極管的負(fù)極與單片機系統(tǒng)18的工作引腳PX相連。單片機系統(tǒng) 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(fā)射極與32V直流電源的負(fù)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(lián)后與32V直流 電源的正極14相連，9012型S極管16的發(fā)射極接在電阻R4與電阻R3之間，并將S極管 16集電極與電磁線圈的任意輸入端kl相連，并與穩(wěn)壓二極管D3的負(fù)極相連。將電磁線圈 另一輸入端k2與32V直流電源的負(fù)極17相連，并與穩(wěn)壓二極管D3的正極相連。穩(wěn)壓二極 管D3的穩(wěn)壓值與繼電器線圈額定工作電壓值相同。
[0071] 上述驅(qū)動控制電路對充電控制開關(guān)2或放電控制開關(guān)3進行開閉控制的過程如 下：
[0072] 根據(jù)每一次點火要求，PC機7通過串口發(fā)出點火信號給單片機系統(tǒng)18,單片機系 統(tǒng)18接受到該點火信號后，根據(jù)設(shè)定程序完成工作引腳PX的電位變化。當(dāng)工作引腳PX由 高電位（巧V)變?yōu)榈碗娢粫r（0V)，光電禪合器15的發(fā)光二極管接通，使得光禪內(nèi)部輸出端 的=極管飽和導(dǎo)通，此時9012型=極管16的基極由高電勢變?yōu)榈碗妱?，通過合理匹配電阻 R3與R4的阻值，使得9012型=極管16飽和導(dǎo)通，并使電磁線圈兩個輸入端（K1與K2之 間）間的電壓等于其額定工作電壓，此時電磁繼電器吸合，控制開關(guān)閉合。反之，單片機系 統(tǒng)18的工作引腳PX為高電勢時，光電禪合器15關(guān)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(guān)斷開。
[0073] 將本實用新型適用于發(fā)動機臺架時，直流恒壓電源1可采用通過一個升壓整流電 路，可將電瓶電壓轉(zhuǎn)換成一個直流恒壓輸出，通過調(diào)節(jié)開關(guān)控制升壓線路中的應(yīng)數(shù)比，實現(xiàn) 輸出的電壓值在一定范圍內(nèi)變化，調(diào)節(jié)開關(guān)可W采用機械開關(guān)。充電控制開關(guān)2可采用單 向可控娃，通過觸發(fā)電路實現(xiàn)可控娃的導(dǎo)通，電容組11充電結(jié)束后，電流過零實現(xiàn)可控娃 的自動關(guān)斷?？蒞根據(jù)發(fā)動機的實際工作要求，通過ECU控制觸發(fā)時刻，從而完成對電容組 11的充電控制。電容可采用不同容值的聚丙締電容（CBB電容），通過并聯(lián)構(gòu)成電容組。放 電控制開關(guān)3可W采用固態(tài)繼電器，通過ECU控制驅(qū)動電路來實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷，從而 完成電容組11放電，實現(xiàn)缸內(nèi)點火。當(dāng)本實用新型應(yīng)用于定容燃燒彈實驗臺架時，直流恒 壓源1可W采用成品的線性直流電源，可將220V巧OHz)交流電轉(zhuǎn)換成一定范圍內(nèi)的直流恒 壓輸出。充電控制開關(guān)與放電控制開關(guān)可W采用與發(fā)動機上采用的充、放電控制開關(guān)相同 的類型，也可W采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(fā)出觸 發(fā)信號，通過串口實現(xiàn)與單片機的通信，從而控制充電控制開關(guān)與放電控制開關(guān)的相應(yīng)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并聯(lián)而成，每個電容串聯(lián)一個選擇 開關(guān)，選擇開關(guān)的類型可W采用普通機械開關(guān)。根據(jù)電容的儲能公式：
[0075]

【權(quán)利要求】
1. 一種變能量的點火測控系統(tǒng)，其特征在于：包括充電回路、放電回路、以及控制所述 充電回路、放電回路進行充電和放電的驅(qū)動控制電路、電壓探頭、電流探頭、點火電極、示波 器和PC機； 所述充電回路包括：線性直流恒壓源，以及依次連接在線性直流恒壓源正極和負(fù)極之 間的第一二極管、第一電阻、充電控制開關(guān)、第二二極管和電容組； 所述放電回路包括所述電容組、放電控制開關(guān)，點火線圈和點火電極，所述放電控制開 關(guān)的一端與第二二極管的陰極連接，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(fù)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采集輸出端分別與示波器連接，示波器通過數(shù)據(jù)線與 PC機相連； 所述驅(qū)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(tǒng)、三極管 和穩(wěn)壓二極管，所述5V直流電源的正極經(jīng)過電阻R2,連接光電耦合器在發(fā)光二極管一側(cè)的 正極，發(fā)光二極管一側(cè)的負(fù)極與單片機系統(tǒng)所需的工作引腳PX相連；單片機系統(tǒng)通過串口 模塊與PC機連接；光電耦合器的輸出端的發(fā)射極與32V直流電源的負(fù)極相連，集電極則與 電阻R4相連，同時與三極管的基極相連；電阻R3與電阻R4串聯(lián)后與32V直流電源的正極 相連，三極管的發(fā)射極接在電阻R4與電阻R3之間，三極管集電極與充電控制開關(guān)以及放電 控制開關(guān)中的電磁線圈的任意輸入端kl相連，并與穩(wěn)壓二極管的負(fù)極相連；電磁線圈另一 輸入端k2與32V直流電源的負(fù)極相連，并與穩(wěn)壓二極管的正極相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變能量的點火測控系統(tǒng)，其特征在于：所述第一二極管Dl的陽 極與線性直流恒壓源的正極相連，第一二極管Dl的陰極與第二二極管D2的陽極之間依次 相連接第一電阻Rl和充電控制開關(guān)，第二二極管D2的陰極與電容組的一端連接，電容組的 另一端與線性直流恒壓源的負(fù)極連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述變能量的點火測控系統(tǒng)，其特征在于：所述線性直流恒壓源輸 出在O?400V之間變化的電壓；所述電容組由不同容值的電容并聯(lián)而成，且每一個電容串 聯(lián)一個選擇開關(guān)，用以調(diào)節(jié)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(guān) 為機械開關(guān)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述變能量的點火測控系統(tǒng)，其特征在于：所述點火測 控系統(tǒng)設(shè)于發(fā)動機臺架上時，所述線性直流恒壓源包括與汽車電瓶連接的升壓整流電路， 以及用于控制升壓整流電路中匝數(shù)比的調(diào)節(jié)開關(guān)；充電控制部分包括單向可控硅和用于控 制單向可控硅的觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路與發(fā)動機ECU連接；所述放電控制部分為固態(tài)繼 電器以及固態(tài)繼電器連接的驅(qū)動控制電路，所述驅(qū)動控制電路與發(fā)動機ECU連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述變能量的點火測控系統(tǒng)，其特征在于：所述點火測 控系統(tǒng)用于定容燃燒彈實驗臺架上時，所述的線性直流電源用于將市電轉(zhuǎn)換成所需的直流 電壓；所述充電控制開關(guān)和放電控制開關(guān)為與驅(qū)動控制電路連接的大功率電磁繼電器，驅(qū) 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(fā)明者】張尊華, 田淋元, 梁俊杰, 李格升, 楊銳, 譚戩 [申請人]武漢理工大學(xué)