【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内燃机燃烧模式划分方法，更具体地，涉及用于双燃料船舶内燃机推进特性区域内的燃烧模式划分方法。
技术介绍
1、在追求节能减排的背景下，发动机的燃烧模式也在发生着变革。先进燃烧模式技术伊始于均质充量压燃（homogeneous charge compression ignition，hcci），其燃烧模式结合了传统的si和ci的特点，即均质速燃和低温燃烧两个特征，能够同时降低nox与pm排放，克服两者间互斥关系（trade-off），具有极大的节能减排潜力。但是，由于hcci燃烧模式在低负荷工况时存在失火现象，在中大负荷下存在燃烧噪声高和pm排放恶化的现象，hcci燃烧仅限于在中低负荷的有限工况内运行。
2、为了改善hcci运行工况受限的问题，尝试采用不同的手段来控制其燃烧过程，拓展其运行工况，由此衍生出一系列各具特点的先进燃烧模式，它们的预混合气制备方式与使用燃料存在不同。
3、使用单一的燃烧模式不能保证内燃机在全工况下的性能始终保持最优，同时，使用单一燃料也不能实现全工况下的最优性能，针对单一运行模式下运行工况范围受限的问题，提出使用不同的燃烧模式组合来拓展负荷边界的多模式组合燃烧，以实现内燃机在全工况范围内的最优运行。在相同工况下，不同的燃烧模式对应的性能指标参数不同，通过综合分析不同燃烧模式下的燃烧性能参数、排放性能参数和经济性能参数，为不同的工况区域匹配出不同的燃烧模式，保证发动机可以在全工况范围内稳定运行的同时，实现动力性、排放性以及经济性折衷最优化。为了后续在ecu上实现燃烧模式的
技术实现思路
1、鉴于现有技术方案所存在的问题，本专利技术所要解决的是在船舶推进特性的负荷范围内，提出一种燃烧模式组合的方法，通过不同燃烧模式的组合实现全工况范围内的经济性、排放性和燃烧特性的最优。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：首先，在发动机运行范围内，进行不同燃烧模式下的台架试验，采集相关试验数据；其次，通过处理试验数据，分析不同燃烧模式下的燃烧特性、排放特性以及经济特性差异，并结合相关约束，综合选择出各工况下的最佳燃烧模式，为不同的工况区域匹配出能够达到经济性、排放性、燃烧稳定性折衷最优的燃烧模式，保证在推进特性的全工况范围内各个性能的综合最优；最后，基于已经划分出的燃烧模式区域，确定相邻两个燃烧模式之间的边界，并以数学表达式的形式可视化燃烧模式间的边界，即实现燃烧模式的划分。
3、一种船舶内燃机燃烧模式划分方法，包括以下步骤：
4、s1：将本专利技术提出的方法应用于配置两种或两种以上的燃料供给系统的发动机上，以供给高热值和低热值的燃料，在发动机运行范围内，进行不同模式下的台架试验，采集试验数据，作为燃烧模式划分的原始依据；
5、s2：基于缸压数据计算燃烧状态相关的参数，并通过计算信息熵表征发动机燃烧状态的稳定性，作为燃烧模式划分的评价指标；
6、s3：基于排放法规和相关约束的限值，采用优先级的概念，运用支持向量机（support vector machine, svm）二分类的思想，进行燃烧模式的划分，分别为各工况区域匹配出最佳的燃烧模式；
7、s4：为每一个作为燃烧模式划分依据的性能评价指标，匹配一个权重系数，将加权后的性能指标参数映射到高维空间中，在高维空间中遍历搜寻，将搜寻得到的值与已经划分好的燃烧模式区域对照分析，确定出不同燃烧模式对应的搜索值区间范围，即在高维空间中实现了燃烧模式边界的确定；
8、s5：将在高维空间中确定出的燃烧模式边界降维映射到低维空间中，即推进特性的转速功率图中，以分段函数定量表达不同的燃烧模式边界，分段函数中每个表达式都对应一种燃烧模式，表达式的定义域即为相应燃烧模式的空间范围，通过计算该值并确定该值所处的区间范围，即可确定采用的燃烧模式，即定量确定出了燃烧模式的边界，定性确定出应采用的燃烧模式类型。
9、进一步地，步骤s1中，采集试验数据，包括采集燃烧状态指标数据，包括气缸压力；排放指标数据，包含尾气中nox浓度、co浓度、nmhc浓度、ch4浓度参数；经济性指标，燃油消耗率和指示功。
10、进一步地，步骤s2中，对试验数据进行处理，包括基于采集缸压信息计算燃烧放热率、平均有效压力imep_h、指示功、最高爆发压力pmax参数；基于燃烧放热率计算每一循环的ca10，ca50，ca90等表征燃烧状态的参数；并计算上述参数的信息熵，作为表征燃烧稳定性的评价指标；基于燃料消耗率和指示功计算内燃机的热效率指标。
11、进一步地，步骤s3中，基于法规限制值及稳定性衡量值参数，对比不同燃烧模式下的性能差异；采用优先级的概念，为不同的性能评价指标设定优先级，根据优先级从高到低的顺序，依次进行不同燃烧模式的相关性能指标的比较，并运用svm分类器，依照参数限值依次二分燃烧模式，直至当前工况得到一个明确的燃烧模式，从而为不同的工况区域匹配出最佳的燃烧模式。
12、进一步地，步骤s3中，按照预先定义的优先级顺序，按照优先级从高到低，将对应优先级的性能指标参数值与法规约束值逐一比较，并运用svm分类器，将燃烧模式划分为两类，一类是参数值在约束值范围以内，另一类是参数值在约束范围以外，留下符合约束限制的燃烧模式，并进行下一优先级的划分，直至划分出当前工况下的一个明确燃烧模式为止。
13、进一步地，步骤s3中，对于无法进行模式划分的情况，按照优先级从低到高的顺序，依次忽略低优先级的参数，不作为模式划分的评价指标，再进行燃烧模式的划分。
14、进一步地，步骤s4中，根据排放法规、燃烧稳定性、经济性最优所限制的区域进行约束函数表达，为每一个用于划分燃烧模式区域的评价性能指标参数，分别匹配一个权重系数，并依照排放、燃烧、经济三个维度在矩阵中分块存储。
15、进一步地，步骤s4中，将这些性能指标参数映射到高维空间中，在高维空间中进行遍历搜寻，将搜寻得到的值与已经划分好的燃烧模式区域进行对照，并进行数学归纳，得到不同燃烧模式区域对应的关于评价指标参数的集合值，实现高维空间中的燃烧模式归类。
16、进一步地，步骤s5中，在高维数值空间中完成燃烧模式归类后，通过反向定义，将高维空间映射到对应的低维空间的工况区域中，即实现了推进特性负荷范围内燃烧模式的划分。
17、进一步地，步骤s5中，在实现了低维空间的燃烧模式划分后，得到一个关于经济性、排放性、燃烧稳定性的三维综合评价指标的分段函数表达式，函数值的不同值域区间代表不同的燃烧模式，即确定出了相邻燃烧模式间的边界，通过计算该函数值，即可以确定采用的燃烧模式，即实现了燃烧模式的划分，其公式如下所示：
18、
19、其中，代表燃烧模式，具体前述的m1、m2、m3、m4；为评价指标维度，具体为前述的燃烧性能指标、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤1）中所述燃烧状态指标数据包括内燃机连续多循环气缸压力、发动机尾气中的非甲烷碳氢浓度 (NMHC)、氮氧化物浓度（NOx）、甲烷浓度（CH4）、 一氧化碳浓度（CO）、燃油消耗量（BSFC）。
3.根据权利要求2所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤2）中所述燃烧状态参数包括燃烧释放10%热量时的曲轴转角（CA10）、燃烧释放50%热量时的曲轴转角（CA50）、燃烧释放90%热量时的曲轴转角（CA90）、燃烧平均有效压力（IMEP_H）、循环中气缸最大压力（Pmax）；其具体计算方法如下：
4.根据权利要求3所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤3）中所述燃烧模式包括：第一燃料单次喷射的燃烧模式，第一燃料定量和第二燃料变质量的燃烧模式，第一燃料多次喷射的燃烧模式，第一燃料和第二燃料定比例的燃烧模式。
5.根据权利要求4所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法
6.根据权利要求4所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，基于所定义的燃烧模式，分别为每个评价性能指标参数匹配一个权重系数，并且按照燃烧性能、排放性能和经济性能，将其划分到三个维度，每个维度分别代表不同的评价标准，在矩阵中以分块表示，其公式表达如下：
7.根据权利要求6所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤5）中，将在高维空间中确定出的燃烧模式边界降维映射到低维空间中，包括将推进特性的转速功率图以分段函数定量表达不同的燃烧模式边界，分段函数中每个表达式都对应一种燃烧模式，所述表达式的定义域即为相应燃烧模式的空间范围，通过计算各表达式以确定各燃烧模式所处的区间范围。
8.根据权利要求7所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤5）中，在实现了低维空间的燃烧模式划分后，得到一个关于经济性、排放性、燃烧稳定性的三维综合评价指标的分段函数表达式，函数值的不同值域区间代表不同的燃烧模式，即确定相邻燃烧模式间的边界，通过计算该函数值，确定采用的燃烧模式，实现燃烧模式的划分，其公式如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤1）中所述燃烧状态指标数据包括内燃机连续多循环气缸压力、发动机尾气中的非甲烷碳氢浓度 (nmhc)、氮氧化物浓度（nox）、甲烷浓度（ch4）、 一氧化碳浓度（co）、燃油消耗量（bsfc）。
3.根据权利要求2所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤2）中所述燃烧状态参数包括燃烧释放10%热量时的曲轴转角（ca10）、燃烧释放50%热量时的曲轴转角（ca50）、燃烧释放90%热量时的曲轴转角（ca90）、燃烧平均有效压力（imep_h）、循环中气缸最大压力（pmax）；其具体计算方法如下：
4.根据权利要求3所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，步骤3）中所述燃烧模式包括：第一燃料单次喷射的燃烧模式，第一燃料定量和第二燃料变质量的燃烧模式，第一燃料多次喷射的燃烧模式，第一燃料和第二燃料定比例的燃烧模式。
5.根据权利要求4所述的多燃料船舶内燃机燃烧模式划分方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚崇，王帅，宋恩哲，
申请(专利权)人：烟台哈尔滨工程大学研究院，
类型：发明
国别省市：
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