基于柴油机缸盖振动加速度信号提取缸内燃烧过程信息研究

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1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：幺_』：生逐日期：幽&：矗：』关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制

2、手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：坦尘鲤至导师签名：叠!薹日期：塑2：!：!第1章绪论曼I,I——II,,--_II曼鼍曼皇皇葛鼍量曼曼曼曼皇曼1．1研究背景和意义内燃机至今已有近一百五十年的历史，被广泛地应用于工业、农业、交通、军事等各个领域，对推动人类文明的发展起到了极其重要的作用。随着排放法规的日益严格及能源供应的日益紧张，对内燃机的排放水平及燃油经济性提出了更高的要求。内燃机缸内燃烧过程是其燃料化学能向机械能转换过程的反映，燃烧过程的优劣决定了内燃机指示热效率的高低。对内燃机缸内的燃烧状况进行监测和控制，有利于提高

3、内燃机的使用水平，保持其良好的使用状态，这对于内燃机的节能、减排都有重要的实用意义。内燃机缸内压力信号是表征缸内燃烧过程的重要指标，内燃机供油系统及气缸的密封性能等影响燃烧过程的参数都会对缸内压力信号产生影响。通过对缸内压力信号的分析可以得到平均指示压力及表征缸内燃烧过程进展的参数，如燃烧起始时刻、燃烧结束时刻、峰值压力出现时刻、峰值压力、最大压升率及燃烧速率等，借助这些信息，可以对内燃机的燃烧过程进行深入研究。鉴于缸内压力信号蕴含的丰富信息，众多研究者对该信号的获取及分析给予了广泛关注【卜5】。缸内压力信号可以采用直接测量法获取，该方法在实验室研究及一些特殊发动

4、机上得到广泛的应用。对在用内燃机的燃烧状况进行诊断或长期监测时，传感器工作条件恶劣，使得传感器的寿命受到影响，而取压通道的存在对发动机的压缩比及压力信号的测量结果有一定的影响【锄】。因此，寻求简捷的方法对在用内燃机的缸内燃烧状况进行评价，具有重要的理论意义和实用价值。1．2缸内燃烧状况评价方法概述内燃机工作过程中，工作状态的改变会导致其表面振动信号、瞬时转速信号及辐射噪声信号等发生变化，这些信号与缸内燃烧过程具有密切关系，被众多研究者用来评价缸内燃烧状况。常用的评价缸内燃烧状况的方法包括以下几种。1．2．1基于瞬时转速信号的评价方法内燃机在无负载工况下运行时，其瞬

5、时转速信号满足以下关系：ido)=专(易-II-弓一弓)(1·1)一=一I，，．一f．-I1‘1，dll、PJ”、其中，∞为曲轴旋转角速度；山东大学博士学位论文，为整个轴系旋转运动部分的有效集中转动惯量；t为所有气缸总的气体力转矩；F为所有气缸总的往复惯性力转矩；L为总的阻力转矩，包括摩擦转矩和附件转矩。当内燃机运行转速不变时，往复惯性力转矩与摩擦转矩可近似认为固定不变，此时利用瞬时转速信号可以对各缸的燃烧过程进行评价。正常工况下，各缸的性能和状态基本一致，柴油机运转平稳，各缸相应的瞬时转速波动虽有差异，但在一个许可的范围内，并呈现规律性波动：当某个缸工作状态异常

6、时，均匀性将遭到破坏，柴油机运转平稳性变差，转速信号波形会产生变形，据此可以判断某缸工作异彬引。利用瞬时转速信号评价缸内燃烧状态的研究，主要是进行失火检测【m¨】，估计缸内峰值压力【12】，估计内燃机转矩【13。191等；此外，研究者利用神经网络或支持向量机等人工智能算法进行缸内压力信号的识别研究【20’231。瞬时转速信号的测量和分析受到活塞组往复惯性力、曲轴的扭转振动、安装的减震器及各种阻力矩的影响；此外，瞬时转速信号的测量和分析还受到内燃机旋转不均匀度的影响，旋转不均匀度正比于内燃机的转矩，反比于转速的二次方，随着转速的升高，旋转不均匀度减小，干扰信号的影响

7、增大，可能会扭曲甚至淹没内燃机工作过程引起的瞬时转速波动。因此，瞬时转速信号在低速、大负荷工况有较好的应用效果，在高速、小负荷工况仍有一些问题需要解决。1．2．2基于辐射噪声信号的评价方法内燃机工作过程中，不可避免会产生辐射噪声。根据激励源的不同，噪声可以分为燃烧噪声、机械噪声及空气动力噪声三种。燃烧噪声包括缸内燃烧压力冲击活塞时向外辐射的噪声及缸内燃烧压力振动产生的高频噪声。机械噪声主要是指活塞敲击噪声、配气机构部件间碰撞及摩擦等诱发的噪声及附属部件产生的噪声。空气动力噪声主要包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声等【241。内燃机辐射噪声包含了内燃机燃烧状态的丰富信

8、息，研究者