阅读说明：本技术 一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置 (Passive device for driving engine piston wireless sensing module ) 是由 胡磊 常玲之 余永华 杨建国 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置,属于发动机领域,该装置由温差发电模块和电路调理控制模块组成。温差发电模块包括集热片、高温端半导体发电片组、低温端半导体发电片组、散热片、耐高温防护层及耐高温线束组成,电路调理控制模块包括放大器、稳压器、电容、输出电压调理器和调理盒等组成,本发明提出的驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置利用燃料燃烧释放的热量进行高效温差发电,通过对半导体发电片布置、电路设计和控制,完成对无线传感模块的不同需求高效供电,实现发动机活塞各类无线遥测装置的无源化,同时促进了能源的多级利用。(The invention discloses a passive device for driving a wireless sensing module of an engine piston, belonging to the field of engines. The passive device of the wireless sensor module for driving the engine piston utilizes heat released by fuel combustion to perform efficient temperature difference power generation, completes efficient power supply for different requirements of the wireless sensor module through arrangement, circuit design and control of the semiconductor power generation pieces, achieves passivity of various wireless telemetering devices of the engine piston, and promotes multi-stage utilization of energy at the same time.)

一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置

技术领域

本发明属于发动机领域，更具体地，涉及一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置。

背景技术

随着发动机智能化程度的不断提高，智能感知技术和相关MEMS传感装置需求越来越受到广泛关注和应用。活塞作为发动机燃烧室重要部件之一，其热负荷、结构强度及工作可靠性状态和性能受到诸多发动机厂家、零部件厂和研发单位重视，测量评估活塞工作状态不仅可以实时监测其工作状态，同时也为活塞产品设计、升级改造和智能化发动机发展奠定重要基础。

发动机活塞为运动件，且其温度较高，存在油和气的恶劣环境，对其相关参数测量存在一定的困难，目前使用硬度塞法对其热负荷、四连杆机构引线测量温度场和应力场等可靠性测量研究，但在其测量精度、引线方式和测量装置可靠性方面存在诸多问题。随着科技和材料的发展，目前以活塞无线测量方法为主，但大部分传感装置工作需要供电，此时外部电池提供能量的弊端较为明显，同时也大大削减了活塞无线测量的便捷性。因此，设计开发一套发动机活塞无线传感模块的无源化装置需求迫切，同时也通过发动机内部能量，实现能源的多级利用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置，由此解决现有无线测量技术测量活塞温度时，需要外部电池提供能量的弊端，同时造成发动机内能量浪费的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置，包括：温差发电模块及电路调理控制模块；

所述温差发电模块，用于在活塞工作时，利用燃料燃烧释放出的热量产生温度差，基于所述温度差产生电压；

所述电路调理控制模块，用于对所述电压进行放大处理得到放大且稳定的目标电压，以由所述目标电压驱动无线传感模块。

优选地，所述温差发电模块包括：集热片、高温端半导体发电片组、低温端半导体发电片组、散热片、第一防护层、第二防护层及耐高温线束；

其中，在活塞内腔上端，由紧贴活塞部分向外依次是所述集热片、所述高温端半导体发电片组及所述第一防护层；

在活塞裙内壁面下端，由紧贴活塞部分向外依次是所述散热片、所述低温端半导体发电片组及所述第二防护层；

所述耐高温线束连接所述高温端半导体发电片组及所述低温端半导体发电片组。

优选地，多个高温端半导体发电片组成所述高温端半导体发电片组，多个低温端半导体发电片组成所述低温端半导体发电片组；

所述高温端半导体发电片采用中温发电材料，所述低温端半导体发电片采用低温发电材料，其中，所述中温发电材料的工作温度在300-500℃；所述低温发电材料的工作温度在100-200℃。

优选地，所述高温端半导体发电片组对称固定在所述活塞的内顶上，且远离冷却液的地方；所述低温端半导体发电片组放置于活塞裙内壁面下端，且靠近冷却液区域。

优选地，所述高温端半导体发电片组及所述低温端半导体发电片组采用串联和/或并联的方式，以实现所述温差发电模块输出最高电压和最高功率。

优选地，所述耐高温线束适应于活塞工作环境，由多根耐高温导线组成，所述耐高温线束内部导线选用铠装导线，内部导线外部采用耐热云母带包裹，外部有金属包裹，且金属上涂有防锈保护层。

优选地，所述电路调理控制模块包括电压放大器、稳压器、电容及输出电压调理器；

所述电压放大器，用于放大由所述温差发电模块生成的电压得到放大后电压；

所述稳压器，用于将所述放大后电压稳定在目标范围内；

所述电容，用于将由所述稳压器得到的稳定电压进行储存，在输入电压减少时将储存的电压释放出去，使得无线传感模块始终处于电源充足的情况中，完成电源的存储和释放；

所述输出电压调理器，用于保证输出电压的稳定。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)通过无源化装置，解决了发动机活塞无线传感模块的电源供电问题，便利性大大加强。

(2)通过高低温端不同发电材料的发电片布置和设计，使得发电片的工作性能得到提升，大大提高能源利用率。

(3)通过适合于活塞特定工作环境的发电片、耐高温线束和密封保护壳等设计，保证该无源化装置的在高温和油雾等恶劣环境下工作，提高了装置的可靠性。

(4)通过温差发电模块和电路调理控制模块的合理设计，实现功率和电压一定范围的调节控制，满足无线传感模块的不同功率和电压需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置的布置示意图；

图3是本发明实施例提供的一种温差发电片剖视图；

图4是本发明实施例提供的一种多个发电片串并联的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种适用于活塞特定工作环境的铠装耐高温导线示意图；

图6是本发明实施例提供的一种电路调理控制模块各部分示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明既能解决活塞温度无线测量的弊端也能节约能源。下面就本发明的具体结构进行介绍。

如图1所示是本发明实施例提供的一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置示意图，包括：温差发电模块及电路调理控制模块；

温差发电模块，用于在活塞工作时，利用燃料燃烧释放出的热量产生温度差，基于温度差产生电压；

电路调理控制模块，用于对电压进行放大处理得到放大且稳定的目标电压，以由目标电压驱动无线传感模块。

在本发明实施例中，该驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置，可以实现在发动机内利用活塞温度场进行高效温差发电。温差发电装置可以实现热能对电能的转换，完成对无线传感模块的供电。电路调理控制模块将高效温差发电产生的微弱电压转换成较高电压，输送给需电设备。

其中，温差发电模块包括集热片、高温端半导体发电片组、低温端半导体发电片组、散热片、第一耐高温防护层、第二耐高温防护层及耐高温线束；电路调理控制模块包括：电压放大器、稳压器、电容及输出电压调理器。

在本发明实施例中，高温端半导体发电片组由多个高温端半导体发电片组成，采用适合活塞内腔上端部分的高温端高效温差发电片发电材料，与活塞内腔上端部分相贴合，固定在活塞内顶上且呈对称布置。各高温端半导体发电片分别与低温端半导体发电片构成回路后进行串并联。可根据驱动传感模块功率和电压需求调整设计。

在本发明实施例中，高温端高效温差发电片发电材料采用能耐较高温度的中温发电材料(如PbTe、GeTe、AgSbTe2或其合金材料)工作温度在300度到500度之间。

在本发明实施例中，低温端半导体发电片组由多个半导体发电片组成，采用适合活塞裙内壁面下端的低温端高效温差发电片发电材料，该低温端半导体发电片组固定在靠近冷却液区域。

在本发明实施例中，低温端高效温差发电片材料采用低温发电材料(如Bi2Te3及Bi2Te3为基的固溶体合金材料)，工作温度在100度到200度之间。

在本发明实施例中，高低温端采用不同的耐高温防护层。高温端采用质量轻便能保温耐高温的塑料外壳，外壳的外部涂有防油防水耐高温涂层；低温端采用质量轻便耐高温的塑料外壳，外壳的外部有防油防水耐高温涂层。

如图2所示是本发明实施例提供的另一种驱动发动机活塞无线传感模块的无源化装置的布置示意图，与活塞内腔上端接触的高温端温差发电片由紧贴活塞高温部分向外依次是集热片、高温端半导体发电片组及防护层。以及与活塞裙内壁面下端接触的低温端温差发电片由紧贴活塞低温部分向外依次是散热片、低温端半导体发电片组及防护层。高温端采用能耐较高温度的中温发电材料，低温端采用低温发电材料。高低温端温差发电片采用不同的保护外壳。高温端温差发电片采用质量轻便能保温耐高温的塑料外壳，外壳的外部涂有防油防水耐高温涂层；低温端温差发电片采用质量轻便耐高温的塑料外壳，外壳的外部也涂有防油防水耐高温涂层，利用焊接将温差发电片固定在活塞上，集热片紧靠活塞，耐高温线束连接半导体发电片组。集热片将活塞上的热量传入到温差发电片中，此时发电材料的高温端与低温端之间存在温度差，两者产生电压降。使得回路中存在电流。

如图3所示是本发明实施例提供的一种温差发电片剖视图；其包括耐高温防护层、高温端半导体发电片组及集热片。

多个高温端半导体发电片组成高温端半导体发电片组，根据活塞温度场的分布规律将多个高温端半导体发电片组对称固定在活塞内顶上并且远离冷却液的地方；多个低温端半导体发电片组成低温端半导体发电片组，共同放置于靠近冷却液区域。半导体发电片组之间进行串并联，实现发电片串并联输出最高电压和最高功率。可根据无线传感模块功率和电压需求调整设计，获得所需电压和功率。如图4所示为多个发电片串并联的示意图。其中，串并联方式组合：发电片采用并联方式连接是可以减小内阻增加输出电流，串联方式可以增大输出电压但同时内阻也加大，串并联混合方式具有二者的作用。串并联数量根据无线传感模块功率要求可制定。

在本发明实施例中，若多个半导体发电片组并联，输出电压为各个发电片组中的最高值，输出的电流是各个支路的和，但是内阻增高；多个半导体发电片组串联，增大了输出的电压但内阻也增加。为获得较大的输出电压和功率，可以对多个半导体发电片组采用串并联的方式，具体采用何种方式，本发明实施例不做唯一性限定。

适用于活塞特定工作环境耐高温线束的铠装导线设计，充分考虑到了活塞工作时高温高压并且存在着油和水混合物的环境，因此导线不仅要保持应有的工作性能还能够抵抗高温、油和水。因此选用了高保护力度的铠装导线，内部导线外部采用耐热云母带等耐热材料包裹，外部有金属包裹形成。耐热云母带等耐热材料可以很好的隔绝外部的高温，外部金属上涂有保护层，防止金属生锈受到损害。多根连接高温端和低温端的半导体导线组成一个耐高温线束，图5为适用于活塞特定工作环境的铠装耐高温导线示意图。

电路调理控制模块包括电压放大器、稳压器、电容及输出电压调理器。通过此电路调理控制模块可以将发电片组产生的微弱电压，放大并输出稳定值的电压。电压放大器可将温差发电模块输入的微弱电压转换成较高的电压值，在不使用外加电源的要求下，充分采用变压器原理，将微弱的电压转换为较高电压，得以满足用电器的电压需求。稳压器为特殊的不需要外加电源的稳压器，如晶体管稳压器，将输出的稳定电压固定在所需要的范围之间，过滤掉不合适的电压，将需要保留下来的电压输入到电容中；借助电容，可以将电源储存起来，在输入电压减少时将储存的电压释放出去，使得无线传感模块始终处于电源充足的情况中，完成电源的存储和释放。输出电压调理器对电压进行最后的处理，保证输出电压的稳定。由于晶体管类的稳压器正常工作输出的稳定电压始终低于输入的电压值，所以需要通过微弱电压放大器将微弱的电压转换为较高的电压值，随后经过稳压功能，满足最后用电器的需求。图6为电路调理控制模块各部分示意图。

在本发明实施例中，电压放大器能够将很小的电压输入值转换为较高的电压输出值，经过放大一般可以输出5～28V电压输出值，完全足够用电器的使用。

在本发明实施例中，电容可以用来存储和释放电荷，充当电池的功效。

在活塞工作时，燃料燃烧释放出大量热量，在温差发电模块中产生了温度差，随后产生电压降，温差发电模块通过特定导线束将电压输入到电路调理控制模块，输出电压值稳定并且较高，随后对无线传感模块供电，实现驱动活塞无线传感模块的无源化。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。