高压共轨柴油机基于声学信号的燃烧特征观测方法研究.pdf

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1、高压共轨柴油机基于声学信号的燃烧特征观测方法研究ResearchontheMethodofCombustionCharacteristicObservationwithAcousticSignalforCRDieselEngine一级学科：动力工程及工程热物理学科专业：动力机械及工程作者姓名：朱仲文指导教师：赵华教授谢辉教授天津大学机械工程学院二零一三年五月摘要传统的燃烧开环控制难以观测到油品、运行环境、系统老化引起的燃烧品质变化进而导致的经济性和排放性能恶化。随着排放法规和经济性要求的日益提高、替代燃料的迅速发展，燃烧观测以及闭环反馈控制成为满足未来

2、法规的重要手段。而常用的基于缸压传感器的燃烧观测和反馈控制技术，由于传感器成本高、寿命短、对发动机改动大，实际推广应用受到限制。为了解决燃烧观测的现实需求和目前已有技术手段之间的矛盾，本文提出了一种以面向高压共轨柴油机控制器应用为目的、基于声学信号的燃烧特征观测方法。针对声学信号易受噪声干扰，信噪比差的问题，本文对一台装备自主研发ECU的中重型高压共轨柴油机声学信号采用小波变换手段进行时频联合分析，提出采用4-6KHz和1-1.5KHz两个信噪比高、信号强度大的声学信号频段作为燃烧观测特征频段。通过分析高压共轨柴油机失火循环、工作粗暴循环与正常燃烧循环

3、声学信号在时频域和时域上的差异，定义了对正常燃烧模式和异常燃烧模式敏感的声学信号特征量。采用判别分析的方法，分别建立基于声学信号特征量的失火诊断、工作粗暴诊断模型。测试结果表明，模型对失火诊断的正确辨识率达到了99%，对工作粗暴的正确辨识率超过85%。在对声学信号进行时频联合分析的基础上，选择合适的声学信号燃烧观测特征频段定义特征量，与缸内实际的燃烧始点、最大压升率时刻进行相关性分析。运用多项式回归建模的数学方法，分别建立了燃烧始点观测模型和最大压升率时刻观测模型。在常用工况下，模型对燃烧始点、最大压升率时刻观测误差约为1°CA。提出了基于ECU软硬件

4、资源并行处理的声学信号燃烧观测在线实现方法，以本文开发的高压共轨柴油机控制器ECU为目标平台，结果表明实现一个完整的基于声学信号燃烧观测任务在ECU单片机上的运算时间为5.31ms，初步验证了该方法在ECU上实现的可行性。关键词：高压共轨柴油机声学信号燃烧诊断燃烧相位观测控制器开发ABSTRACTAtpresent,itisdifficulttoobservethecombustionqualitydeteriorationoriginatedfromfuelquality,operatingconditionsandsystemageing,simp

5、lybyemployingtheconventionalopen-loopcombustioncontrol.Stimulatedbytheincreasinglydemandoflowfuelconsumptionandemissionsandtherapiddevelopmentofalternativefuels,closed-loopcombustioncontrolisnowregardedasapossibleandnecessarymeanstomeetfutureregulations.However,limitedbytherelat

6、ivelyhighcost,lowdurationanddifficultimplementationofthepressuretransducer,theordinarypressuretransducer-basedobservationmethodandclosed-loopcontrolarestillnotwidelyappliedinpractice.Therefore,inthispaper,acontrol-orientedacoustic-signal-basedcombustionprocessobservationmethodwa

7、sdevelopedforcommonraildieselengines.Sincetheacousticareeasilydisturbedbynoises,leadingtolowsignal-noiseratios(SNR),inthisresearch,wavelettransformswereappliedinthetime-frequencyanalysisoftheacousticobtainedfromamedium/heavy-dutycommonraildieselengineequippedwithanoriginalECU.Tw

8、ofrequencybandwidths(4-6KHzand1-1.5KHz)withhigh