内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法技术

本发明专利技术公开了一种内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，首先将缸内压力信号从时间域转换为转角域信号，然后识别反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数，最后根据燃烧特征参数结合离线标定的燃烧特征参数与高频成分含量标定关系，计算得到缸内压力信号中250Hz以上频带的成分含量，即高频谐波分量。本发明专利技术可为实现燃烧过程控制提供理论依据，对内燃机燃烧过程控制有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法
本专利技术涉及一种缸内压力信号高频谐波分量表征方法，具体涉及一种利用缸内压力信号特征参数表征其高频谐波分量的方法。
技术介绍
为满足日趋严格的排放法规和进一步提高内燃机经济性的需求，低温燃烧(LowTemperatureCombustion，LTC)技术应运而生，该技术被认为是满足未来排放标准的新型技术之一。但低温燃烧对缸内热力学状况非常敏感，实时获取燃烧过程的反馈信息是实现低温燃烧过程控制不可或缺的部分。缸内压力是内燃机燃烧过程的直接反映，基于缸内压力信号获得的燃烧始点、平均指示压力、最大压力升高率及其出现时刻、峰值压力等燃烧特征参数能为缸内燃烧状态评价提供依据。基于缸内压力的燃烧过程控制具有可靠性高、重复性高、实时性好、燃烧信息丰富等优点。鉴于此，诸多汽车厂商、零部件公司、咨询公司以及高校的研究人员对利用缸内压力监测和和获取燃烧信息进行过深入研究。根据傅里叶变换原理，任何周期性的信号都可以由不同频率的谐波分量叠加而成，由于内燃机周期性工作的特点，缸内压力信号可以近似看作周期性信号，因此，缸内压力信号也可以分解为不同频率的谐波分量。但是，这些分量中，由活塞压缩及由缸内燃烧引起的成分有待进一步确定。与缸内状态密切相关的高频谐波成分主要由缸内燃烧引起，因此，探索不同工况下高频谐波分量的定量表征方法，可为基于缸内压力信号计算燃烧控制反馈指标，进一步实现燃烧过程控制提供理论依据。
技术实现思路
本专利技术根据缸内压力信号的频谱分析，确定与燃烧信息有关的频带范围，进而获取能够描述缸内压力信号高频谐波分量的特征参数。内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，首先将缸内压力信号由时间域转换到转角域，然后对其进行频谱分析，获取缸内压力信号各阶谐波的能量分布，确定与燃烧信息相关的频带范围，计算缸内压力信号中与燃烧信息有关的频带能量含量，分析能够描述缸内压力信号高频谐波分量的特征参数。具体包括步骤：S1，基于内时钟原理，缸内压力信号从时间域转换为转角域信号。S2，识别反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数：燃烧特征参数包括最大压升率、峰值压力、燃烧始点到峰值压力出现时刻之间的间隔角δθ、燃烧始点到最大压升率出现时刻间隔角其中峰值压力表示缸内压力信号最大值，最大压升率表示压升率信号的最大值，压升率信号是对缸内压力信号求导后获得，燃烧始点是压升率曲线最大值前面的第一个拐点，峰值压力出现时刻是压升率曲线最大值后第一个过零点，最大压升率出现时刻是压升率信号最大值对应的曲轴转角；最大压升率可以根据式E＝3.06*pirmax+0.77求得，峰值压力可根据式E＝1.01*Pmax-3.2求得，其中E为250Hz以上频带的能量含量，pirmax为最大压升率，Pmax为峰值压力；设最大压升率点为x(i)、燃烧始点为y(i)、峰值压力点为z(i)，分别通过式x(i-2)≤x(i-1)≤x(i)≥x(i+1)≥x(i+2)、y(i-2)≥y(i-1)≥y(i)≤y(i+1)≤y(i+2)和z(i-1)≥0≥z(i)≥z(i+1)确定。S3，根据S2中的燃烧特征参数结合离线标定的燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系，计算得到缸内压力信号中250Hz以上频带的能量含量，即高频谐波分量；所述燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系，首先是通过调整测功机和油门执行器调整发动机负荷，测取不同工况下的缸内压力信号，对缸内压力信号进行傅里叶变换，得到不同频率的能量分布，对250Hz以上频带的能量求和；识别反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数；拟合得到燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于缸内压力信号特征参数表征高频谐波分量，是研究全工况下缸内压力信号频带动态迁移规律的基础，而且有助于实现燃烧控制反馈指标(峰值压力、最大压升率、平均指示压力等幅值相关参数)的定量评价，对实现内燃机工作状态监测、燃烧过程闭环控制和故障诊断具有重要的理论意义和实用价值。附图说明图1为信号时域转转角域原理示意图；图2为缸内压力激励信号S变换图，图2(a)为拖动工况下缸内压力信号S变换图，图2(b)为1200r/min、10N·m工况下缸内压力信号S变换图；图3为缸内压力信号图；图4为压升率信号图；图5为高频能量与燃烧特征参数之间的关系图，图5(a)为高频能量与最大压升率之间的关系图，图5(b)为高频能量与峰值压力之间的关系图；图6为本专利技术提出的缸内压力信号中高频谐波分量表征方法流程图。具体实施方式下面结合附图1-6对本专利技术做进一步说明。信号时域转转角域：基于内时钟原理，将缸内压力信号从时间域转换为转角域信号，进而在转角域内分析缸内压力信号作用时刻及特点。如图1所示，一个飞轮齿AB间采样点数为ΔN，对应转角恒定为假定飞轮齿AB内发动机转速恒定，采用Newton插值算法即可将以固定采样频率采集的信号从时间域转换到转角域。缸内压力信号中与燃烧信息有关频带的确定：为分析缸内压力信号的特点，对1440r/min拖动工况及1200r/min、10N·m工况下测得的缸内压力信号进行S变换，变换结果如图2所示。从图中可以看到，拖动工况的缸内压力能量频带主要分布于250Hz以下，而在1200r/min、10N·m工况时，250Hz以上频带内出现了新的能量分布。参考拖动工况的分析结果，可认为250Hz以上频带的能量主要由燃烧激励引起。燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系的获取：通过测功机和油门执行器调整发动机负荷，测取不同工况下的缸内压力信号，对缸内压力信号进行傅里叶变换，得到不同频率的能量分布，对250Hz以上频带的能量求和；获取反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数；拟合得到燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系。上述反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数有：最大压升率、峰值压力、燃烧始点到峰值压力间隔角δθ、燃烧始点到最大压升率出现时刻间隔角等，设最大压升率点为x(i)、燃烧始点为y(i)、峰值压力点为z(i)，分别通过式x(i-2)≤x(i-1)≤x(i)≥x(i+1)≥x(i+2)、y(i-2)≥y(i-1)≥y(i)≤y(i+1)≤y(i+2)和z(i-1)≥0≥z(i)≥z(i+1)确定。图3表示缸内压力信号图，其中峰值压力，即缸内压力最大值，如图3所示。图4为压升率信号图，压升率信号是对缸内压力信号求导后获得，其中最大压升率表示压升率信号中的最大值，即图4中B点；燃烧始点到峰值压力间隔角δθ的求取过程中，燃烧始点是压升率曲线最大值前面的第一个拐点，即图4中A点，峰值压力出现时刻是压升率曲线最大值后第一个过零点，即图4中C点；燃烧始点到最大压升率出现时刻间隔角的求取过程中，最大压升率出现时刻是B点对应的曲轴转角。以最大负荷转速为1650r/min时燃烧特征参数中最大压升率、峰值压力为例进行说明，调节测功机和油门执行器得到不同扭矩时的缸内压力信号，计算缸内压力信号中250Hz以上频带的能量含量，拟合最大压升率、峰值压力与250Hz以上频带的能量含量标定关系，如图5所示，拟合公式分别为：E＝3.06*pirmax+0.77(1)E＝1.01*Pmax-3.2(2)式中，E为250Hz以上频带的能量含量，pirmax为最大压升率，Pmax为峰值压力。从图5(a)、(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，其特征在于，包括步骤：S1，缸内压力信号从时间域转换为转角域信号；S2，识别反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数；S3，根据S2中的燃烧特征参数结合离线标定的燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系，计算得到缸内压力信号中250Hz以上频带的能量含量，即高频谐波分量。

【技术特征摘要】
1.内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，其特征在于，包括步骤：S1，缸内压力信号从时间域转换为转角域信号；S2，识别反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数；S3，根据S2中的燃烧特征参数结合离线标定的燃烧特征参数与高频谐波分量标定关系，计算得到缸内压力信号中250Hz以上频带的能量含量，即高频谐波分量。2.根据权利要求1所述的内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，其特征在于，所述反映燃烧剧烈程度的燃烧特征参数包括最大压升率、峰值压力、燃烧始点到峰值压力出现时刻之间的间隔角δθ、燃烧始点到最大压升率出现时刻间隔角其中峰值压力表示缸内压力信号最大值，最大压升率表示压升率信号的最大值，压升率信号是对缸内压力信号求导后获得，燃烧始点是压升率曲线最大值前面的第一个拐点，峰值压力出现时刻是压升率曲线最大值后第一个过零点，最大压升率出现时刻是压升率信号最大值对应的曲轴转角。3.根据权利要求2所述的内燃机缸内压力信号高频谐波分量表征方法，其特征在于，所述S2具体为：设最大压升率点为x(i)、燃烧始点为y(i)、峰值压力点为z(i)，分别通过式x(i-2)≤x(i-1)≤x(i)≥x(i+1)≥...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀亮，王丽梅，罗福强，赵晓丹，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32