一种基于空腔共鸣来降低内燃机燃烧噪声的控制方法技术

本发明专利技术属于内燃机技术领域，涉及一种基于空腔共鸣来降低内燃机燃烧噪声的控制方法，包括：对所选定的内燃机燃烧室进行声学响应实验，确定内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围，并以MAP图的形式导入到内燃机ECU控制单元中供内燃机运转过程中使用；在内燃机运转过程中，根据实测的气缸压力信号，对时间窗口内的高频压力振荡数据进行在线高频滤波，利用小波分析的方法得到不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率；将不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率与ECU控制单元中的不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣MAP图对比，根据对比情况采取相应措施降低环的缸内高频压力振荡。本发明专利技术能够有效地降低内燃机，特别是小型化内燃机的燃烧噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是涉及降低小型化内燃机燃烧噪声的控制方法。
技术介绍
在城市噪声污染中，75%是来源于以内燃机为主要噪声源的交通运输噪声。噪声污染已经对人民的生活质量、身心健康造成了很大的影响和危害。内燃机是多发声源的复杂机器，由于内燃机结构形式和尺寸、运转工况的不同，各个发声源对总噪声的影响也是不同的，而燃烧噪声在内燃机总噪声中占有很大比例。—般地,燃烧噪声是指燃料在气缸内燃烧时，缸内压力急剧上升产生的动载荷和冲击波引起的压力高频振荡，经气缸盖、气缸套、活塞-连杆-曲轴及主轴承传至机体以及通过气缸盖等，引起内燃机结构表面振动而辐射出来的这部分噪声。在内燃机压缩冲程后期，燃烧过程所伴随的压力升高率和高频压力振荡对燃烧噪声的产生起着十分重要的作用，如图1、2所示。通过对缸内压力和燃烧噪声各频带的能量分析发现，占燃烧压力总能量5%左右的缸内压力高频振荡，激励的燃烧噪声能量占其总能量的80%。内燃机的结构决定了燃烧噪声传递特性，燃烧噪声的主要成分集中在800 4000Hz之间的中、高频段。燃烧压力高频振荡频率与燃烧噪声高频成分具有很好的对应关系，较高的振荡幅值对应的燃烧噪声值较高。由此可见，燃烧压力振荡频率和幅值是影响燃烧噪声高频成分的主要因素。造成缸内压力产生振荡的根本原因是燃烧过程引起的燃烧室空腔共鸣。内燃机燃烧室空腔共鸣是指燃烧过程产生的压力波在燃烧室内来回传播的频率和燃烧室结构本身的固有频率接近时所导致的剧烈机体振动和刺耳噪声。在整个内燃机运行过程中，其工作容积(空腔容积)随着曲轴转角不断变化使得燃烧室空腔共鸣频率不断改变。但是，一旦某种内燃机结构固定，其不同空腔容积所对应的空腔共鸣频率也就确定下来了。尽管传统上已经意识到缸内压力振荡和燃烧室空腔共鸣关系，并从传播途径角度来优化内燃机燃烧室结构来避开这些共鸣频率；但是，很少有人结合燃烧室空腔共鸣特性，通过改变内燃机工作参数(点火正时、喷油正时等)降低缸内高频压力振荡，从而降低燃烧噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种能够有效地降低内燃机，特别是小型化内燃机的燃烧噪声的控制方法。本专利技术基于内燃机缸内高频压力振荡、燃烧室空腔共鸣特性和燃烧噪声的关系，通过在线调整内燃机工作参数(点火正时，喷油正时等)来降低缸内高频压力振荡的幅值和频率，以便避开内燃机燃烧室空腔共鸣，有效地降低内燃机，特别是小型化内燃机的燃烧噪声。为此，本专利技术采用如下的技术方案:，包括以下方面:第一，对所选定的内燃机燃烧室进行声学响应实验，确定内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围，并以MAP图的形式导入到内燃机ECU控制单元中供内燃机运转过程中使用。第二，在内燃机运转过程中，根据实测的气缸压力信号，对时间窗口内的高频压力振荡数据进行在线高频滤波，利用小波分析的方法得到不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率。第三，将不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率与ECU控制单元中的不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣MAP图对比，如果两者频率范围相差在±5%范围内，对于汽油机延迟点火，对于柴油机采用推迟喷油的方法降低下一循环的缸内高频压力振荡，使滤波处理得到的共振频率及时避开ECU控制单元中储存的空腔共鸣频率；如果两者频率范围不在这个范围内，那么内燃机将继续进行下一个循环的运行。本专利技术基于内燃机缸内高频压力振荡、燃烧室空腔共鸣特性和燃烧噪声的关系，提出通过在线调整内燃机工作参数(点火正时，喷油正时等)来降低缸内高频压力振荡的幅值和频率，以便避开内燃机燃烧室空腔共鸣，是降低内燃机，特别是小型化内燃机燃烧噪声的有效方法。与传统从传播途径来降低燃烧噪声的方法相比，这种控制方法简单有效，成本较低，研发周期较短。附图说明图1内燃机实测缸内压力曲线示意图。图2活塞上止点附近高频压力振荡曲线示意图。图3不同曲轴转角对应的燃烧室空腔声学特性示意图。图4内燃机一个循环内燃烧室高频缸内压力振荡信号处理示意图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术针对内燃机，特别是小型化内燃机降低燃烧噪声的需要，提出了。在内燃机压缩冲程后期(活塞上止点附近)，由于缸内混合气燃烧引起的高频压力振荡造成的剧烈振动能量向外传递，产生刺耳的噪声。而造成缸内压力产生振荡的根本原因是燃烧过程引起的燃烧室空腔共鸣，即当内燃机燃烧室内的压力波在燃烧室内来回传播的频率和燃烧室结构本身的固有频率接近时所导致的剧烈机体振动和刺耳噪声。在整个内燃机运行过程中，其工作容积(空腔容积)随着曲轴转角不断变化使得燃烧室空腔共鸣频率不断改变，因此不同曲轴转角下的对应着不同的空腔共鸣频率。内燃机的结构决定了燃烧噪声传递特性，燃烧噪声的主要成分集中在800 4000Hz之间的中、高频段，该频段的燃烧噪声是压力高频振荡共同作用的结果。如何通过在线调整内燃机工作参数(点火正时、喷油正时等)来改变缸内高频压力振荡，使其及时避开这些空腔共鸣频率，是有效降低内燃机燃烧噪声的有效手段。下面对本专利技术的控制方法做详细说明。(I)对所选定的内燃机燃烧室进行声学响应实验，确定本款内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围。实验时，激励声源应尽量满足在频域上白噪声的要求，并具有足够的强度。可以采用火花塞点火时发出的声响应信号作为激励声源。由于激励信号持续的时间很短，频率成分十分丰富，且能量分布很均匀，可以满足实验需要。同时，在燃烧室内布置多个传声器，用声级计拾取并放大其声响应信号。随着活塞的不断运行，我们可以获得燃烧室空腔共鸣频率变化规律，如图3所示。最后，我们将内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围以MAP图的形式导入到内燃机ECU控制单元供内燃机运转过程中用以调整缸内高频压力振荡。(2)由于燃烧室高频压力振荡主要发生活塞上止点附近，窗口范围选择在上止点前15° CA到上止点后40°曲轴转角之间；然后，需要对时间窗口内的高频压力振荡数据进行在线高频滤波，一般地认为2500Hz以上为高频域，那么对实测的缸内压力进行数据滤波，则2500Hz以上的高频压力即为气缸压力高频域成分；最后，利用小波分析的方法得到不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率，这样我们可以确定不同曲轴转角对应的燃烧室空腔各阶模态的共鸣频率。具体方法可以参照下面两篇文献:[I]舒歌群，卫海桥.提取内燃机燃烧压力高频成分进行压力高频振荡研究.机械工程学报.2004，40 (9):6-9.[2]卫海桥，舒歌群.利用小波分析技术研究燃烧压力高频振荡.天津大学学报.2004，37(7):620-624.(3)将高频压力振荡信号处理得到的不同曲轴转角对应的燃烧室空腔各阶模态的共鸣频率结果与ECU控制单元中的不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣MAP图对比，判断是否要调整内燃机工作参数，如图4所示。如果两者频率范围相差在±5%范围内，对于汽油机我们将延迟点火，柴油机采用推迟喷油的方法降低下一循环的缸内高频压力振荡，使滤波处理得到的共振频率及时避开ECU控制单元中储存的空腔共鸣频率，从而有效降低由于燃烧室发生空腔共鸣所导致的燃烧噪声；如果两者频率范围不在这个范围内，那么内燃机将继续进行下一个循环的运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空腔共鸣来降低内燃机燃烧噪声的控制方法，包括以下方面：第一，对所选定的内燃机燃烧室进行声学响应实验，确定内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围，并以MAP图的形式导入到内燃机ECU控制单元中供内燃机运转过程中使用；第二，在内燃机运转过程中，根据实测的气缸压力信号，对时间窗口内的高频压力振荡数据进行在线高频滤波，利用小波分析的方法可以得到不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率；第三，将不同曲轴转角对应的燃烧室空腔共鸣频率与ECU控制单元中的不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣MAP图对比，如果两者频率范围相差在±5%范围内，对于汽油机延迟点火，对于柴油机采用推迟喷油的方法降低下一循环的缸内高频压力振荡，使滤波处理得到的共振频率及时避开ECU控制单元中储存的空腔共鸣频率；如果两者频率范围不在这个范围内，那么内燃机将继续进行下一个循环的运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于空腔共鸣来降低内燃机燃烧噪声的控制方法，包括以下方面: 第一，对所选定的内燃机燃烧室进行声学响应实验，确定内燃机不同曲轴转角所对应的燃烧室空腔共鸣频率范围，并以MAP图的形式导入到内燃机ECU控制单元中供内燃机运转过程中使用； 第二，在内燃机运转过程中，根据实测的气缸压力信号，对时间窗口内的高频压力振荡数据进行在线高频滤波，利用小波分析的方法可以得到不同曲轴转角对应的燃...

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