柴油机燃烧放热率实时分析系统的设计与开发

发布时间：2020-08-28 06:17

【摘要】：本文主要实现了缸压信号在线采集过程中的自适应滤波以及内燃机缸压在线采集和燃烧实时分析系统的开发。为了获得真实有效的内燃机缸内压力数据,本文针对测量缸压数据过程中通道效应产生的频率干扰,基于示功图频谱分析,采用FFT、线性插值法和IDFT等滤波方法相结合的方式实现了采集缸内压力的实时滤波,该方法能有效去除杂波干扰,最大限度地保留缸内真实压力数据的燃烧始点相位和最大压力升高率等燃烧特征,有利于提高燃烧放热率计算的精度。此外,不同内燃机工况下,干扰频率不同,本系统能够实现共振峰频率范围的在线自适应识别与查找,有效避免了一般数字滤波方式中截止频率设置难的问题。本文采用数据采集卡、缸压传感器、角标传感器和LabVIEW软件搭建了燃烧分析测试平台。在该测量平台中,以角标传感器的方波脉冲信号作为外部采集时钟触发数据采集卡,以0.1°相位角为单位在线采集缸压信号。该采集平台利用纯压缩线法中的压缩中线实现了动态上止点的标定与修正;并应用在线自适应滤波方法实现缸压数据的平滑处理;同时基于示功图计算得到内燃机的最大压力升高率、燃烧放热率、CA50、爆发压力及其对应的相位等重要燃烧参数;利用程序算法中同步性良好的生产者/消费者运算模式来提高数据的共享能力,实现数据实时运算的同时快速储存结果。最后通过分析测试平台中各个子程序模块的运算时间占比情况,得出系统的实时性能与缸压数据的平均化处理循环数密切相关。当循环为n时能满足内燃机最高转速为n?1900r/min下的实时计算,能符合大多数柴油机燃烧分析的需求。通过上述两部分工作,本文能获得更加准确的缸内压力数据,并以在线测量和实时分析的模式实时地还原内燃机缸内实际燃烧状态,同时该燃烧分析系统可以实时地反映发动机的循环波动等瞬态特征。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK421.2
【图文】：

示功图,放热率,数据

2 缸压信号在线自适应滤波的实现目前对于内燃机缸内燃烧性质的试验研究方法包括以示功图为基础的放热规律计和以可视化为基础的定容燃烧弹和光学发动机，从放热规律曲线中或者图像处理的果来的到与燃烧过程有关的数据。本文的实时在线分析系统采用以示功图为基础的热规律计算方法，它的实时性能及时反映出燃烧状况，以此来研究喷油规律等对内机缸内燃烧性质的影响。放热率的计算对缸压信号光顺程度要求很高，对测量过程中的干扰特别敏感，误会在放热率结果曲线中放大几十倍，如图 2-1 所示。曲线（b）会出现剧烈的波动，试验者无法分析内燃机此时的燃料燃烧的规律与特点。因此,去除示功图中的杂波干对提高缸压数据的准确性尤为重要，从而进一步准确分析内燃机燃烧过程。

传感器,缸径,压力波,共振频率

中科技大学硕士学位论文的共振频率的大小的计算一般由 Draper 方程（2-1）进行估算 = , m,n 是振型常量，B 是缸径。用的单缸机缸径 B=123mm，T 假设为 2000K，算得 C=880.28m入公式可得一阶共振频率约为 3.815kHz。压通道的通道效应。在实际安装缸压传感器时受到安装条件的保护，会在传感器与燃烧室之间留有一段连接通道。在实际的烧不是均匀的，压力波不是稳定的，同时压力波在测压通道内段出现锯齿状的波动情况。如图 2-2 所示为缸压传感器的安装

频谱图,示功图,频谱图,数据

华中科技大学硕士学位论文中 a 为缸中气体声速；S 为通道截面积；L 是通道长度；V 是传感器下方空试验所用的单缸机在安装压力传感器时通道截面积为2mm，通道长度约为1率 f 约为 7KHz。对实测示功图进行合理的滤波处理，明确其干扰源是解决问题的关键。本章 LabVIEW 中数字滤波理论等手段对内燃机示功图进行干扰源的分析，探究适图的合适滤波方法。对缸压数据进行频谱分析得到干扰源的频率范围，具体 2-3 所示。

【参考文献】