专利名称：一种爆震检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机领域，特别是涉及一种内燃机的爆震检测装置。
背景技术：
现有技术中，内燃机是车辆、船舶等交通工具的主要动力装置，通过内燃 机工作产生驱动力以驱动交通工具运行。内燃机的燃料与吸入的空气混合雾化 形成混合燃气，混合燃气在气缸内受到压縮并使之燃烧以驱动活塞做功。 一般 内燃机的爆震检测系统可以控制内燃机的点火提前角接近爆震临界点，避免内 燃机发生强烈爆震，使内燃机具有更好的动力性能和经济性能、以及安全可靠性 更高。同时还可以减小因制造公差、环境变化和磨损等因素而造成的影响。因 此，爆震检测系统对于内燃机而言是至关重要的，爆震检测系统的性能优劣直 接影响内燃机的工作性能。针对此种情况，提供一种检测准确、价格便宜的内 燃机的爆震检测装置甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种检测准确、价格 便宜的爆震检测装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现-一种爆震检测装置，包括设置有
爆震传感器模块，包括有爆震传感器、其探头设置于气缸壁，所述爆震传
感器模块用于将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为信号输出； 转速传感器模块，用于获取内燃机的转速信号，并将所述信号输出； 爆震检测模块，用于对输入的所述爆震传感器模块的信号和所述转速传感器模块信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，作为点火模块点火提前角 的修正信号。
优选的，上述爆震检测模块是输出的控制信号为电流信号的爆震检测模块。
更优选的，上述爆震检测模块是输出的控制信号为4 20mA电流信号的爆 震检测模块。
另一优选的，上述爆震检测模块包括设置有
采样单元，用于对内燃机的状态参数信号进行采样；
接收单元，接收内燃机的状态参数信号，并将所述状态参数信号输至
处理器单元，以对所述状态参数信号进行处理，并输出控制信号至
输出单元，以将所述控制信号输至点火模块。
更优选的，上述状态参数信号包括所述爆震传感器模块的电压信号和所述 转速传感器模块的信号。
另一更优选的，上述处理器单元与所述采样单元连接，所述处理器单元发 出指令驱动所述采样单元工作，所述采样单元以一定时间间隔对内燃机的状态 参数信号进行采样。
另一更优选的，上述爆震检测模块设置有报警输出单元，所述报警输出单 元与所述处理器单元连接，并根据所述处理器单元输出的信号工作。
另一更优选的，上述输出单元设置有DA转换器与所述处理器单元的接口， 并设置有精密基准电源，经过V/I转换，隔离输出4 20mA电流信号至点火模 块。
另一优选的，上述爆震传感器模块包括设置有HIP9011电路和所述爆震传 感器，所述爆震传感器与所述HIP9011电路的输入通道连接，所述爆震传感器 传输的信号通过HIP9011电路进行调理，经输入多路开关、输入防混叠滤波器、 增益可编程的放大器、截止频率为1. 22KHz 19. 98KHz之间的64级可编程滤波 器、主动全波整流电路、积分时间为40us 600us之间的32级可编程积分器和 缓冲驱动电路，将爆震传感器的传输的信号经过滤波、放大之后，转变为0 5V 之间的信号输出。另一优选的，上述转速传感器模块设置有运算放大器和电压正反馈电路构
成的滞回比较器及两个二极管，所述两个二极管可将传输的信号箝位在0 5V 之间，所述滞回比较器确保输出0 5V的方波信号。
本发明的爆震检测装置通过爆震传感器模块设置在气缸壁的爆震传感器的 探头将汽缸内燃料燃烧驱动活塞做功的震动信号传输至爆震检测模块，通过转 速传感器模块将转速信号也传输至爆震检测模块，爆震检测模块对这些输入的 信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，对点火模块的点火提前角进行修 正。爆震检测模块设置的处理器单元以一定时间间隔发出采样指令，驱动采样 单元对内燃机的状态参数信号进行采样，所设置的接收单元接收爆震传感器模 块和转速传感器模块传输的信号，通过处理器单元对信号进行处理，并输出控 制信号。处理器单元通过对内燃机爆震的判定和爆震强度的计算，输出控制信 号以驱动点火模块的点火电路，修正点火提前角，通过点火线圈和火花塞，完 成对气缸内混合燃气的点火。另外，爆震检测模块还可以设置有报警输出单元， 用于当内燃机处于严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制的时候， 发出报警，提醒操作人员应急处理。因此，本发明的爆震检测装置具有能够及 时检测内燃机的工作状态，及时修正点火提前角，检测控制精确的优点。另外， 本发明的爆震检测装置结构简单，成本低廉，使用和生产都很方便。
结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任 何限制。
图1是本发明一种爆震检测装置的结构示意图， 图2是图1的具体结构示意图，
图3是一种具有两路发动机爆震检测装置的结构示意图，
图4是图3的电源的电路结构图5是图3的爆震检测模块的电路结构图；图6是图3的转速传感器模块的电路结构图； 图7是图3的处理单元的电路结构图； 图8是图3的输出单元的电路结构图9是图3的报警单元的电路结构图。 在图l、图2和图3中包括有
爆震传感器模块l、转速传感器模块2、爆震检测模块3、点火模块4、 采样单元31、接收单元32、处理器单元33、输出单元34、 报警输出单元35、爆震传感器模块101、爆震传感器模块102、 转速传感器模块201、转速传感器模块202 、爆震检测模块30、 点火模块40、采样单元301、接收单元302、处理器单元303、 输出单元304、报警输出单元305。
具体实施例方式
结合以下实施例对本发明作进一步的描述。
本发明的一种爆震检测装置如图l、图2所示，包括设置有爆震传感器模块 1、转速传感器模块2、爆震检测模块3及点火模块4。爆震传感器模块1通过 其爆震传感器的探头设置于内燃机的气缸壁，将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功 时的震动转化为电压信号，并将该电压信号传输至爆震检测模块3。转速传感器 模块2用于获取内燃机的转速信号，并将该信号传输至爆震检测模块3，该信号 一方面可以反映内燃机的转速情况，另一方面也可以通过其同时了解气缸是否 进入压縮、点火环节，以便爆震检测模块3作出判断。爆震检测模块3通过对 上述输入的电压信号和转速信号进行处理，并输出4 20mA的电流控制信号至 点火模块4，对点火模块4的点火提前角进行修正；如果内燃机处于严重爆震， 仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块3会输出报警命令，使得 报警单元35发出报警，提醒操作人员紧急处理。
爆震检测模块3还可以包括设置有采样单元31、接收单元32、处理器单元 33和输出单元34，还可以设置有报警输出单元35。处理器单元33以一定时间间隔对采样单元发出指令，采样单元31收到指令后开始对内燃机的状态参数信 号进行采样，该状态参数信号包括爆震传感器模块1的电压信号和转速传感器 模块2的信号。接收单元32将这些状态参数信号接收，并将该状态参数信号传 输至处理器单元33。处理器单元33对该状态参数信号进行处理，通过对内燃机 爆震的判断和爆震强度的计算，输出控制信号，以驱动点火模块4修正点火提 前角，并通过点火线圈和火花塞，完成对气缸内混合燃气的点火。如果处理器 单元33对输入的状态参数信号进行处理后，判断内燃机处于严重爆震状态，仅 靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块3即输出报警信号，使得报 警单元35发出报警，提醒操作人员紧急处理。
本发明的一种爆震检测装置如图3所示,这是一种具有两路内燃机爆震检测 的爆震检测装置，可以应用到发电机机组(包括柴油机及其他燃气内燃机的发 电机机组)、汽车发动机等内燃机的爆震检测与控制，其输出的控制信号可以输 入到点火模块40作为点火提前角的修正信号。该爆震检测装置包括设置有爆震 传感器模块101和爆震传感器模块102、转速传感器模块201和转速传感器模块 202 、爆震检测模块30及点火模块40。爆震传感器模块101和爆震传感器模块 102分别通过各自设置于气缸壁的爆震传感器的探头将各自气缸内燃料燃烧驱 动活塞做功时的震动转化为电压信号，将此电压信号传输至爆震检测模块30。 转速传感器模块201和转速传感器模块202用于获取各自的内燃机的转速信号， 并将各自的转速信号传输至爆震检测模块30。爆震检测模块30通过对上述输入 的电压信号和转速信号进行处理，并输出控制信号至点火模块40，对点火模块 40的点火提前角进行修正。爆震检测模块30可以包括设置有采样单元301、接 收单元302、处理器单元303和输出单元304及报警输出单元305。处理器单元 303以一定时间间隔对采样单元301发出指令，采样单元301收到指令后开始对 内燃机的状态参数信号进行采样，该状态参数信号包括爆震传感器模块101和 爆震传感器模块102的电压信号及转速传感器模块201和转速传感器模块202 的转速信号。接收单元302将上述状态参数信号接收，并将这些状态参数传输 至处理器单元303。处理器单元303对这些状态参数信号进行处理，通过对各自的内燃机爆震的判断和爆震强度的计算，输出控制信号，以驱动点火模块40修 正点火提前角，并通过各自的点火线圈和火花塞，完成对气缸内混合燃气的点 火。如果处理器单元303对输入的状态参数信号进行处理后，判断内燃机处于 严重爆震状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，爆震检测模块30会输出 报警信号，使得报警单元305发出报警，提醒操作人员紧急处理。
具有两路内燃机爆震检测的爆震检测装置的电路结构包括设置有电源电 路、爆震传感器模块电路、转速传感器模块电路、处理器单元电路、输出单元 电路和报警单元电路。
电源的电路结构如图4所示，电源电路采取多级滤波以增强其抗干扰能力。 由于电源噪声干扰和接地干扰是引起供电系统干扰的两个主要来源，因此可以 采用多级滤波的技术措施来增强抗干扰能力。为了抑制电源噪声干扰，可以在 电源输入端加接滤波电容，还可以在电源线和地线之间分段跨接去耦电容。电 源电路分级加上各阶次的电容，以此滤掉各频率的毛刺电压干扰。接地干扰是 由于多点接地时，两接地点的电位不为零，并存在一个电位差，此电位差与电 路的输入输出电压耦合而形成干扰，或者由于两个电路经公共地线接地时，两 个电路的电流不同而产生干扰。为抑制地线干扰，可以采取了如下抗干扰措施 采用一点接地，消除电位影响；模拟地与数字地分开；地线采用网状分布，避 免形成环路；加粗地线降低内阻等措施。
爆震传感器模块的电路结构如图5所示，两只爆震传感器分别通过HIP9011 电路的两个输入通道连接。该爆震传感器模块电路传输的信号通过HIP9011电 路进行调理，经输入多路开关、输入防混叠滤波器、增益可编程的放大器、截 止频率为1. 22KHz 19. 98KHz之间的64级可编程滤波器、主动全波整流电路、 积分时间为40us 600us之间的32级可编程积分器和缓冲驱动电路，将传输的 信号经过滤波、放大之后，转变为0 5V之间的模拟信号输出到处理器电路。
转速传感器模块的电路结构如图6所示，转速传感器模块电路用于接收内 燃机的转速信号，并将该转速信号传输至处理器单元电路，该电路设置有运算 放大器和电压正反馈电路构成的滞回比较器及两个二极管。由于当前市场上的点火模块有的采用霍尔传感器，有的采用磁电式传感器，该转速传感器模块电
路可兼容两种传感器。该电路中两个二极管可将输入信号箝位在约0 5V之间， 运算放大器LM393AN以及引入的电压正反馈电路构成滞回比较器，保证输出为 0 5V的方波信号。
处理器单元的电路结构如图7所示，处理器单元电路对输入的信号进行处 理，通过对内燃机爆震的判断和爆震强度的计算，并通过输出单元电路输出控 制信号，以驱动点火单元40修正点火提前角。
输出单元的电路结构如图8所示，输出单元电路采用DA转换器与处理器单 元电路接口，并采用精密基准电源，再经过V/I转换，隔离输出4 20mA电流 信号。该电流信号作为处理器单元电路的输出，点火单元40的输入。
如果处理器单元电路对输入的信号进行处理后，判断内燃机处于严重爆震 状态，仅靠推迟点火提前角不能有效控制时，处理器单元电路会输出报警信号， 驱动报警单元电路工作，发出报警提醒操作人员紧急处理。报警单元的电路结 构如图9所示，报警单元电路以高低电平，开关信号继电器输出，指示报警。 电路结构简单。
上述两路内燃机爆震检测的爆震检测装置的电路在设计时，还考虑了下列 硬件抗干扰措施
1. 空间电磁干扰的防护措施
针对环境空间辐射电磁波干扰，采取一些屏蔽措施来抑制电磁波的干扰， 具体做法是传输信号线采用带金属屏蔽层的双绞线，功能单元采用金属盒屏 蔽。
2. 过程通道干扰的防护措施
采用光电耦合器光电隔离处理器与传感器之间电气联系；光耦数字端和模 拟端分开供电；利用积分电路滤除高频干扰信号。
3. 电路板设计中采用的抗干扰措施
尽可能使布线与器件的排列合理，各器件之间连线尽可能短；信号线之间 尽可能避免长距离平行走线；电源线、地线的走向尽量与数据传递的方向一致，以增强系统的抗噪声能力；输入输出电路应分开，因为输入信号易受大功率输 出信号影响，分幵布置可以减少干扰；本系统中处理器的未用管脚都按逻辑要 求接地或接正电源，使其免受外部干扰；电缆和插件板的转接接口应插牢，避 免因接触不良产生放电火花而形成干扰。 4.供电系统干扰的防护措施
电源噪声干扰和接地干扰是供电系统干扰的两个主要来源。为了抑制电源 噪声，在电路板上电源输入端加接滤波电容，在电源线和地线之间分段跨接去 耦电容。电源电路分级加上各阶次的电容，以滤掉各频率的毛刺电压干扰。
接地干扰是由于多点接地时，两接地点的电位不为零，并存在一个电位差， 此电位差与电路的输入输出电压耦合而形成干扰，或者由于两个电路经公共地 线接地时，两个电路的电流不同而产生干扰。为抑制地线干扰采取了如下抗干 扰措施采用一点接地，消除电位影响；模拟地与数字地分开；地线采用网状 分布，避免形成环路；加粗地线降低内阻。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发 明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普 通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不 脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1、一种爆震检测装置，其特征在于包括设置有爆震传感器模块，包括有爆震传感器、其探头设置于气缸壁，所述爆震传感器模块用于将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功时的震动转化为信号输出；转速传感器模块，用于获取内燃机的转速的信号，并将所述信号输出；爆震检测模块，用于对输入的所述爆震传感器模块的信号和所述转速传感器模块信号进行处理，并输出控制信号至点火模块，作为点火模块点火提前角的修正信号。
2. 根据权利要求l所述的爆震检测装置，其特征在于所述爆震检测模块 是输出的控制信号为电流信号的爆震检测模块。
3. 根据权利要求2所述的爆震检测装置，其特征在于所述爆震检测模块 是输出的控制信号为4 20mA电流信号的爆震检测模块。
4. 根据权利要求1所述的爆震检测装置，其特征在于所述爆震检测模块 包括设置有采样单元，用于对内燃机的状态参数信号进行采样；接收单元，接收内燃机的状态参数信号，并将所述状态参数信号输至处理器单元，以对所述状态参数信号进行处理，并输出控制信号至输出单元，以将所述控制信号输至点火模块。
5. 根据权利要求4所述的爆震检测装置，其特征在于所述状态参数信号 包括所述爆震传感器模块的电压信号和所述转速传感器模块的信号。
6. 根据权利要求4所述的爆震检测装置，其特征在于所述处理器单元与 所述采样单元连接，所述处理器单元发出指令驱动所述采样单元工作，所述采 样单元以一定时间间隔对内燃机的状态参数信号进行采样。
7. 根据权利要求4所述的爆震检测装置，其特征在于所述爆震检测模块 设置有报警输出单元，所述报警输出单元与所述处理器单元连接，并根据所述 处理器单元输出的信号工作。
8. 根据权利要求4所述的爆震检测装置，其特征在于所述输出单元设置 有DA转换器与所述处理器单元的接口，并设置有精密基准电源，经过V/1转换， 隔离输出4 20mA电流信号至点火模块。
9. 根据权利要求1所述的爆震检测装置，其特征在于所述爆震传感器模 块包括设置有HIP9011电路和所述爆震传感器，所述爆震传感器与所述HIP9011 电路的输入通道连接，所述爆震传感器传输的信号通过HIP9011电路进行调理， 经输入多路开关、输入防混叠滤波器、增益可编程的放大器、截止频率为 1.22KHz 19.98KHz之间的64级可编程滤波器、主动全波整流电路、积分时间 为40us 600us之间的32级可编程积分器和缓冲驱动电路，将爆震传感器的传 输的信号经过滤波、放大之后，转变为0 5V之间的信号输出。
10. 根据权利要求l所述的爆震检测装置，其特征在于所述转速传感器模 块设置有运算放大器和电压正反馈电路构成的滞回比较器及两个二极管，所述 两个二极管可将传输的信号箝位在0 5V之间，所述滞回比较器确保输出0 5V的方波信号。
全文摘要
一种爆震检测装置，包括设置有爆震传感器模块、转速传感器模块和爆震检测模块。爆震传感器模块将气缸内燃料燃烧驱动活塞做功的震动转化为信号传输至爆震检测模块；同时转速传感器模块将转速信号也传输至爆震检测模块；爆震检测模块对输入的信号进行处理，并输出控制信号至点火模块以修正点火提前角，或者发出报警信号报警。爆震检测模块可以包括设置有采样单元、接收单元、处理器单元和输出单元，还可以设置有报警输出单元，处理器单元发出采样指令，通过采样单元进行采样、接收单元接收和传输，并对输入的信号进行处理，输出控制信号。具有检测控制精确、价格便宜等特点。
文档编号G01L23/22GK101608963SQ20091004136
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者李顶根, 斌 王, 王跃峰, 田素恒, 邓海军 申请人:东莞市力宇燃气动力有限公司