一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法。步骤1：安装并调试设备，天然气HPDI喷射器燃气入口处安装入口压力传感器，同时，在喷射器气孔处安装压力传感器；步骤2：对步骤1安装的压力传感器采集的压力信号进行基于小波变换的处理；步骤3：基于步骤2的基于小波变换处理后的压力信号，进行时间特征识别算法；步骤4：将步骤3进行时间特征识别得到的时间特征与线下实验测得的喷气规律进行对比分析，实现高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析。用以解决现有天然气燃气喷射过程的时间特征不可观测性的问题；实现燃气喷射过程时间特征的在线分析。程时间特征的在线分析。程时间特征的在线分析。

An on-line analysis method of gas injection process time of high pressure natural gas direct injection engine based on Wavelet Transform

【技术实现步骤摘要】
一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法


[0001]本专利技术属于动力能源领域；具体涉及一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家排放法规的出台，传统燃油资源的紧缺，内燃机行业面对种种难题。天然气燃料被认为一种非常有前景的替代能源，其具有排气污染小、高辛烷值、高抗爆性、储量丰富、可再生的优势优点。根据统计数据显示，近年来，天然气燃料在工业上使用逐年增加，与传统的柴油机相比。天然气发动机通常具有较低的碳排放量。然而，传统的预混燃烧天然气发动机由于爆震极限，早燃等因素导致发动机充量系数减小和效率降低，而高压天然气缸内直喷技术(HPDI)将天然气直接喷入气缸，保证了良好的空燃比，既提高充气效率又促进了燃烧，具有很好的应用前景。
[0003]喷射器作为燃料供给系统的执行器，是天然气缸内直喷技术最重要的部分。由于喷射器内部复杂的气动液压
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电气结构，其喷射特征的变化规律是十分复杂，HPDI喷射器在实际工作过程喷射特性不可直接观测时HPDI技术发展的难题。
[0004]由于实际运行过程中喷射器喷射特性不可直接观测，，所以对HPDI电控喷射器控制采用开环控制，通过实现标定好的MAP图很难去实现发动机不同工况的喷射策略。因此提出一种能够实现对喷射器在线反馈，进而实现喷油量闭环控制，同时可以根据喷射器的运行状态提出喷射器实时监测、故障预警以及剩余寿命预测的在线测试方法是十分有必要的。
专利技术内容
[0005]本专利技术提供了一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，用以解决现有天然气燃气喷射过程的时间特征不可观测性的问题；通过分析入口压力信号的时频特性，对入口压力信号小波变化以及降维处理之后的信号实现喷射器时间特征的识别，实现燃气喷射过程时间特征的在线分析。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，所述线分析方法包括以下步骤：
[0008]步骤1：安装并调试设备，天然气HPDI喷射器1燃气入口处安装入口压力传感器，同时，在喷射器气孔处安装压力传感器；
[0009]步骤2：对步骤1安装的压力传感器采集的压力信号进行基于小波变换的处理；
[0010]步骤3：基于步骤2的基于小波变换处理后的压力信号，进行时间特征识别算法；
[0011]步骤4：将步骤3进行时间特征识别得到的时间特征与线下实验测得的喷气规律进行对比分析，实现高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析。
[0012]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，所述步骤1安装设备具体为，所述设备包括天然气HPDI喷射器1、PXI2、上位机3、压力控制装置4、压力传感器5、气源6、气轨7、压气机8、放大器模块9。
[0013]所述天然气HPDI喷射器1分别与PXI2和压力传感器5相连接，所述压力传感器5通过放大器模块9与上位机3相连接，所述PXI2与上位机3相连接，所述压力传感器5通过气轨7与压气机8相连接，所述压气机8与气源6相连接，所述气轨7与压力控制装置4相连接。
[0014]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，所述步骤1安装设备具体为，所述设备包括天然气HPDI喷射器1、PXI2、上位机3、压力控制装置4、压力传感器5、气源6、气轨7、压气机8、放大器模块9。
[0015]所述气源6通过压气机8加压后，再经过气轨7与压力传感器5通过天然气HPDI喷射器1喷射出；
[0016]所述压力传感器5信号通过电荷放大器9放大；再通过上位机内的数据采集模块对入口压力信号进行采集；采集后的入口压力信号存储在上位机里；
[0017]所述天然气HPDI喷射器1的入口压力传感器5将信号传输至PXI2，PXI2将处理后的信号传输至上位机3；
[0018]所述气轨7的气压通过压力控制装置4进行监测；
[0019]所述压力控制装置4将信号传输至上位机3。
[0020]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，在天然气HPDI喷射器1的气孔处安装力传感器，喷射过程时间特征定义，喷气起始时刻t0，针阀全开时刻t1，针阀开始落座时刻t2，喷气结束时刻t3。
[0021]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，所述步骤2对压力信号进行基于小波变换的处理具体为，对入口压力信号求导，基于求导的入口压力信号的变化率与喷气规律的相关性进行分析，得出入口压力信号变化率是一个时变信号，在时域上分为上升、平稳、下降三个阶段，对其平稳阶段进行提取，信号的小波变换定义为：
[0022][0023]式中，a为伸缩因子；τ为平移因子；p(t)为入口压力信号；ψ为窗函数；t为时间；
[0024]对分割后平稳段入口压力信号变化率进行时域特征和小波域特征的提取；为适应发动机电子控制单元的计算能力，因此要对特征降维处理，保存其时域特征利于后续的时间特征识别。
[0025]一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，所述对特征降维处理采用主成分分析的方法降维处理，具体为，
[0026]对数据进行归一化：
[0027][0028]新坐标系为{w1，w2，
…
,w
n
}，其中w
i
为标准正交基，m为降维维数，x
i
为样本数据，mean(x
i
)为数组均值，std(x
i
)为标准偏差；
[0029]样本数据x
i
在低维空间坐标系的投影满足：
[0030][0031]其中，z
ij
是x
i
在降维坐标系下第j维的坐标；
[0032]根据最近重构性，原样本点基于重构样本点之间的距离满足：
[0033][0034]式中，W
T
XX
T
W为样本方差，I为单位矩阵，W为{w1，w2，
…
,w
n
}，tr(W
T
XX
T
W)为矩阵迹；
[0035]对式(4)使用拉格朗日乘子得：
[0036]XX
T
W＝γW (5)
[0037]对协方差矩阵XX
T
求取所有特征值，将所得的特征值排序表示为γ1≥γ2≥
···
≥γ
m
，则前m个特征值对应的特征向量即为主成分分析所求的解，如式(6)所示：
[0038]W
*
＝(w1,w2,
···
w
m
) (6)
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，所述线分析方法包括以下步骤：步骤1：安装并调试设备，天然气HPDI喷射器(1)燃气入口处安装入口压力传感器，同时，在喷射器气孔处安装压力传感器；步骤2：对步骤1安装的压力传感器采集的压力信号进行基于小波变换的处理；步骤3：基于步骤2的基于小波变换处理后的压力信号，进行时间特征识别算法；步骤4：将步骤3进行时间特征识别得到的时间特征与线下实验测得的喷气规律进行对比分析，实现高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析。2.根据权利要求1所述一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，所述步骤1安装设备具体为，所述设备包括天然气HPDI喷射器(1)、PXI(2)、上位机(3)、压力控制装置(4)、压力传感器(5)、气源(6)、气轨(7)、压气机(8)、放大器模块(9)；所述天然气HPDI喷射器(1)分别与PXI(2)和压力传感器(6)相连接，所述压力传感器(5)通过放大器模块(9)与上位机(3)相连接，所述PXI(2)与上位机(3)相连接，所述压力传感器(5)通过气轨(7)与压气机(8)相连接，所述压气机(8)与气源(6)相连接，所述气轨(7)与压力控制装置(4)相连接。3.根据权利要求1所述一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，所述步骤1安装设备具体为，所述设备包括天然气HPDI喷射器(1)、PXI(2)、上位机(3)、压力控制装置(4)、压力传感器(5)、气源(6)、气轨(7)和压气机(8)；所述气源(6)通过压气机(8)加压后，再经过气轨(7)与压力传感器(5)通过天然气HPDI喷射器(1)喷射出；所述压力传感器(5)信号通过电荷放大器(9)放大；再通过上位机内的数据采集模块对入口压力信号进行采集；采集后的入口压力信号存储在上位机里；所述天然气HPDI喷射器(1)的入口压力传感器(5)将信号传输至PXI(2)，PXI(2)将处理后的信号传输至上位机(3)；所述气轨(7)的气压通过压力控制装置(4)进行监测；所述压力控制装置(4)将信号传输至上位机(3)。4.根据权利要求1或3所述一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，在天然气HPDI喷射器(1)的气孔处安装力传感器，喷射过程时间特征定义，喷气起始时刻t0，针阀全开时刻t1，针阀开始落座时刻t2，喷气结束时刻t3。5.根据权利要求1所述一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，所述步骤2对压力信号进行基于小波变换的处理具体为，对入口压力信号求导，基于求导的入口压力信号的变化率与喷气规律的相关性进行分析，得出入口压力信号变化率是一个时变信号，在时域上分为上升、平稳、下降三个阶段，对其平稳阶段进行提取，信号的小波变换定义为：
式中，a为伸缩因子；τ为平移因子；p(t)为入口压力信号；ψ为窗函数；t为时间；对分割后平稳段入口压力信号变化率进行时域特征和小波域特征的提取；为适应发动机电子控制单元的计算能力，因此要对特征降维处理，保存其时域特征利于后续的时间特征识别。6.根据权利要求5所述一种基于小波变换的高压天然气缸内直喷发动机燃气喷射过程时间在线分析方法，其特征在于，所述对特征降维处理采用主成分分析的方法降维处理，具体为，对数据进行归一化：新坐标系为{w...

【专利技术属性】
技术研发人员：董全，魏代君，王迪，杨晰宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：