一种内燃机爆震在线诊断和控制方法技术

本发明专利技术属于内燃机技术领域，涉及一种内燃机爆震在线诊断和控制方法：利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力曲轴转角信号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析；调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷工作区域；在线比较处理器分析结果各曲轴转角下的压力峰值、缸内压力升高率、缸内压力振荡特征以及爆震中心频率特性是否超过了各自预设的爆震阈值；根据诊断最终结果来识别发动机是否发生爆震，如果发生了爆震则及时通过EGU调整发动机点火提前角和空燃比等参数反馈控制直至消除爆震。本发明专利技术能够在提高燃油经济性、降低内燃机低排放的前提下有效地识别和抑制现代内燃机爆震问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是涉及小型化汽油机爆震诊断和控制方法。
技术介绍
在内燃机领域中，发动机是靠在活塞压缩接近上止点附近时点燃高温高压的可燃混合气，将燃烧产生的热能装化为动能，对外输出功率和扭矩的。但是，在某些情况下(比如压缩比过高，点火提前等)，发动机会出现爆震或者敲缸现象。爆震是一种由不正常的燃烧而导致的燃烧室内出现高频压力大幅波动现象，即正常火焰在燃烧室内向前推进过程中，处于最后燃烧位置上的那部分未燃混合气在高温高压的作用下加快先期反应，以致在正常火焰未到之前未燃混合气的内部出现一个或数个自燃中心。自燃火焰前锋以极高的速率向外传播，迅速燃烧完可燃混合气，同时产生冲击波在缸内来回传播，造成强烈的高频压力振荡。轻微爆震时,发动机功率略有增加；强烈爆震时,发动机功率下降,机体过热,甚至会造成燃烧室附件和机体损坏。同时，为了实现节能减排的目的，现代内燃机逐渐向小型化趋势发展，与之对应的就是内燃机高压缩比和高增压技术的进步，然而这些措施都直接的增加了发动机发生爆震的倾向。因此，内燃机爆震在线诊断和控制对于大幅度提高内燃机升功率而抑制爆震具有重大的现实意义。内燃机爆震诊断方法一般分为直接方法和间接方法。传统的爆震诊断和控制方法往往是通过测量机体振动、内燃机噪声和缸内压力峰值来识别爆震，在一定程度上造成了信号的失真。首先，在发动机机体上设置振动传感器或者爆震传感器，通过缸内压力振荡引起的机体振动强烈程度来判断爆震，但是这种方法的缺点是机体振动还受到车辆的机械传动等其他系统的直接影响，所得到的信号不能直接反映爆震信息，尤其表现在多缸发动机上；其次，通过测量发动机噪声的声压级大小来识别爆震也存在着来机械噪声对燃烧噪声的干扰，信噪比较差；再者，对于与爆震直接相关的缸内压力信号来说，传统方法仅仅是通过缸内压力传感器测量单一的缸内压力峰值来识别爆震，在一定意义上造成了对爆震现象的误判而导致发动机热效率的降低，实用性较差[1-3]。相关文献[1]C. Hudsona, X. Gaoa, R. Stone. (2001) Knock measurement for fuelevaluation in spark ignition engines, Fuel, 80, pp395407.[2]Mark Urlaub and Johann F. B ** ohme. Reconstruction of pressure signalson structure-borne sound. SAE Paper 2004010521.for knock investigation[3]Wei Haiqiaoj Wei Jingsij Shu Gequn. (2011) ;Calculation on CylinderPressure Fluctuation by Using the Wave Equation’，Chinese journal of mechanicalengineering, Vol. 24，NO. 5，pp. 19.
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中通过间接测量方法(振动、噪声信号)以及单一压力信号无法精确地识别爆震发生的缺陷，提出，通过采用直接反映发动机爆震燃烧的缸内压力及其波动特性和频率特性来在线诊断和控制内燃机爆震，特别是小型化汽油机爆震现象，从而能够在提高燃油经济性、降低内燃机低排放的前提下有效地识别和抑制现代内燃机爆震问题，推动内燃机行业的发展。本专利技术的技术方案如下，包括下列步骤(I)启动发动机，使各循环系统进入正常工作状态；(2)利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力P曲轴转角炉信号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析； (3)调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷工作区域；(4)在线比较处理器分析结果各曲轴转角下的压力峰值pmax、缸内压力升高率$、 ι2缸内压力振荡特征3以及爆震中心频率特性f+心是否超过了各自预设的爆震阈值；αφ~(5)根据诊断最终结果来识别发动机是否发生爆震，如果发生了爆震则及时通过EGU调整发动机点火提前角和空燃比等参数反馈控制直至消除爆震。本专利技术具有以下优点首先本专利技术是根据发动机工作过程中直接反映爆震燃烧的缸内压力信号来识别爆震现象的，从而避免了由于其他附件的振动、机械噪声等外界因素的干扰造成的爆震信号失真的问题；其次，针对内燃机爆震现象的随机性与复杂性，本专利技术对发动机缸内压力信号及其波动特征进行处理分析，从而避免了单纯的依靠缸内压力峰值来识别爆震发生所带来的误判。最后，本专利技术还考虑了燃烧室空腔共鸣特性，根据发动机压力波动的频率特性来获得爆震中心频率最终确定爆震是否发生，由此克服了长期以来对爆震时缸内压力频率特性的忽视。附图说明图I是根据本专利技术的一个实施例的爆震识别与控制流程图；图2是发动机爆震在线诊断处理器对压力曲轴信号的接收与处理过程示意图；图3表不发动机一个循环内燃烧室缸内压力信号不意图；图4表示发动机爆震缸内压力振荡特性示意图；图5表示对发动机爆震时缸内振荡压力频谱分析得到的频谱特性示意图。具体实施例方式参见图I和图2，本专利技术内燃机爆震在线诊断和控制方法，主要包括下列步骤启动发动机，对发动机进行20分钟预热，保证各循环系统进入正常工作状态；利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力P曲轴转角言号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析；调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷工作区域；在线比较处理器分析结果各曲轴转角下的压力峰值Pmax、缸内压力升高, 率缸内压力振荡特征^以及爆震中心频率特性f+心是否超过了处理器预定的爆震阈 φdq>—值；根据诊断最终结果来识别发动机是否发生爆震，如果发生了爆震则及时调整发动机点火提前角和空燃比等参数来消除爆震。需要说明的是，发动机缸内压力信息主要包括各曲轴转角下的压力峰值Pmax、缸内压力升高率f、缸内压力振荡特征4以及爆震中心频率特性心；第一个参数反映了发αφαφ动机工作区域，中间两个参数直接反映了发动机爆震的发生及其强度，它们可视为压力特征值；而最后一个反映压力振荡频率特性，视为频率特征值，也即对于给定发动机，在考虑 燃烧室空腔共鸣的前提下对发动机振荡压力与曲轴转角对应关系进行频谱分析后最大幅值所对应的频率，对于典型发动机来讲，爆震中心频率一般在612ΚΗζ内。我们知道，从宏观上观察内燃机燃烧过程，气缸压力在时间变化尺度上与发动机的循环周期的时间尺度相当。而气缸压力波动主要发生在活塞上止点附近，气缸压力变化的尺度具有瞬时性。因此，可以采用两种时间尺度来表示气缸压力的变化规律用与循环周期相当的大时间尺度描述气缸压力变化的宏观特征，用与燃烧瞬时性相当的微时间尺度描述气缸压力波动的微观特征。可将气缸压力P分解为均值部分和波动值部分，即Ρ = Ρ + Ρ·⑴其中声表示气缸压力均值部分,不包括压力波动值,反映大时间尺度的气缸压力变化的宏观特征，相当于随工作循环而变化的、去除了锯齿波动的气缸压力光滑曲线；而压力波动值K则表示叠加在该平均值上的波动值，反映了微时间尺度气缸压力波动的微观特征。根据这个思路，我们可以将同步测量到的缸内压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机爆震在线诊断和控制方法，包括下列步骤：（1）启动发动机，使各循环系统进入正常工作状态；（2）利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力p？曲轴转角信号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析；（3）调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷工作区域；（4）在线比较处理器分析结果各曲轴转角下的压力峰值pmax、缸内压力升高率缸内压力振荡特征以及爆震中心频率特性f中心是否超过了各自预设的爆震阈值；（5）根据诊断最终结果来识别发动机是否发生爆震，如果发生了爆震则及时通过EGU调整发动机点火提前角和空燃比等参数反馈控制直至消除爆震。FDA00001799038300011.jpg,FDA00001799038300012.jpg,FDA00001799038300013.jpg

【技术特征摘要】
1.一种内燃机爆震在线诊断和控制方法，包括下列步骤 (1)启动发动机，使各循环系统进入正常工作状态； (2)利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力P-曲轴转角炉信号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析； (3)调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫海桥，潘家营，舒歌群，梁兴雨，高东志，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：