基于声振检测的内燃机燃烧特性实验研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201421202094河北工业大学硕士学位论文基于声振检测的内燃机燃烧特性实验研究论文作者：方顺亭学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：师占群职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringEXPERIMENTALSTUDYONCOMBUSTIONCHARACTERISTICSOFINTERNALCOMBUSTIONENGINEBASED

2、ONACOUETICANDVIBRATIONDETECTIONbyFangShuntingSupervisor:Prof.ShiZhanqunMay2017摘要内燃机的燃烧特性分析一个涉及多门学科、复杂的、综合性的系统工程。为分析内燃机的燃烧特性，传统的实验方法通常根据采集到的缸内气体压力信号，应用发动机燃烧分析软件对压力信号进行分析处理，计算并得到各种工况下的燃烧特性曲线及重要数值。但是，为采集内燃机缸压信号，则需在内燃机缸盖上打孔并安装压力传感器，导致侵入式破坏的产生，而且压力传感需在高温环境下工作，所以对传感器的要求也更高

3、。笔者通过从内燃机总噪声中提取的燃烧噪声信号，取代气缸压力信号，实现远距离非侵入式监测，有效地解决了上述问题，并取得了很好的效果。本文在一台四缸压燃柴油机上开展纯柴油与生物混合燃料燃烧特性的实验研究，主要研究内容如下：（1）对比研究分析了柴油机分别燃用纯柴油、生物油柴油掺混各半（B50）和纯生物燃油（B100）三种燃料在不同工况下的气缸压力、压力变化率、热释放率以及始燃角的变化规律，并为后期的内燃机燃烧噪声特征分析提供理论基础，同时也为新的代替燃料的开发提供数据支持。本文应用相干功率谱法分析研究与燃烧过程有关的声振信号，计算得出

4、与燃烧过程直接相关的噪声部分即燃烧噪声的频段范围为2~3KHz。（2）应用时域同步平均（TSA）对内燃机噪声信号进行预处理，提高分析噪声信号的信噪比。在时域上实现对声信号的经验模态分解（EMD）得到多个本征模态分量（IMF），对能体现燃烧特征的分量进行小波分析以得到时频能量分布结果，并提取其RMS值作为特征参数，实现了对内燃机燃烧过程的状态监测的目的。（3）建立了加窗函数Choi-Williams的Wigner-Ville时频分析的方法，并对模拟信号进行仿真，有效地抑制Wigner-Ville变换交叉项的产生。构造基于分数阶Fo

5、urier变换（FrFT）的滤波器，提取燃烧噪声特征值。利用加窗函数Choi-Williams的Wigner-Ville时频分析方法对提取的燃烧噪声进行能量时频分析；最终计算提取的燃烧噪声部分的声压级数值，达到了燃烧特性分析和燃油品质评价的效果。关键字：内燃机生物柴油相干功率谱分析特征提取时频分析IABSTRACTCombustioncharacteristicsanalysisofinternalcombustionengineisasystematicandcomplexinterdisciplinaryproject.In

6、ordertoanalyzethecombustioncharacteristicsoftheinternalcombustionengine,thetraditionalexperimentalmethodisusuallybasedonthecollectedin-cylinderpressuresignalwiththeuseofanenginecombustionanalysissoftwaretoanalyzethecylinderpressuresignal,obtainingthecurvesofcombustio

7、ncharacteristicsandimportantvalueundervariousconditions.However,inordertocollectthecylinderpressuresignal,itisnecessarytodrillthecylinderheadtoinstallthepressuresensor,resultingininvasivedestruction,andthepressuresensorneedtoworkinhightemperatureenvironment,sothesens

8、orrequirementsaremuchhigher.Theauthorsolvestheaboveproblemsbyreplacingthecylinderpressuresignalwiththecombustionnoisesignalextracte