基于缸盖振动速度识别柴油机燃烧始点的研究

建立了195柴油机机体、缸盖有限元模型,利用该模型分析了缸盖表面振动速度信号与缸内压力升高率之间的关系,认为缸内峰值压力出现之前,缸盖振动速度信号和压力升高率有相似的变化规律,可以利用缸盖振动速度信号估计柴油机的燃烧始点.利用195柴油机进行了台架试验,测量了不同工况下的缸内压力信号和缸盖振动速度信号,利用这两种信号分别对燃烧始点进行了分析,结果表明:基于缸盖振动速度信号识别燃烧始点是可行的,误差在±1°CA之间.     

柴油机缸盖振动加速度与缸内燃烧状况相关性分析

测得了195单缸柴油机不同工况时的缸内压力及缸盖振动加速度信号,对压力升高加速度信号的频谱分析结果表明,对该机型而言,缸盖振动加速度信号在2 kHz以下频段的成分与缸内燃烧过程密切相关.建立了195单缸柴油机的有限元分析模型,利用模型计算了柴油机缸盖表面振动位移及加速度信号,并分别与实测缸内燃烧压力及压力升高加速度信号进行对比分析.结果表明:根据与缸内燃烧过程的相关程度,可将柴油机缸盖振动信号划分为3个阶段,其中,峰值压力出现时刻前的信号与缸内燃烧过程密切相关;峰值压力出现时刻后,缸盖、机体系统相继进入受迫振动和自由振动阶段,受系统振动特性的影响,这两个阶段包含的与燃烧相关的信息减弱.     

柴油机机体结构振动信号特征参数计算分析

通过试验获得不同运行工况下不同测点的柴油机振动信号,采用时域特征参数计算分析柴油机工况变化对柴油机各测点振动信号的影响规律,并采用小波包技术计算柴油机不同测点振动信号各频带的能量及占总能量的百分比。研究结果表明:柴油机各测点的时域特征与频率特征参数能够体现出其不同的振动特性,很好地表征了与柴油机运转工况变化密切相关的振动状况变化规律及主要频率段的能量分布。     

由喷油规律预测直喷式柴油机整机性能的研究

从直式柴油机喷油规律出发对其整机性能进行了预测研究,首先建立了一个包括燃烧空混合,油滴蒸发、着火延迟、燃烧放热和传热子模型的直喷式柴油机准维燃烧模型,由此从喷油规律计算出放热规律,该模型通过建立宏观等效系统确定了各区之间的热交换系数,提高了模型精度;燃后对放热规律进行双韦伯拟事并将所建立的放热规律多工况预算方法与工作过程数值计算结合,完成了从喷油规律预测直喷式柴油机整机性能的研究。     

缸盖表面振动速度预处理方法及应用研究

实测了不同工况时的缸盖表面振动速度信号,与同工况缸内压升率信号进行对比。结果表明,约束支架的弹性变形使实测的缸盖表面振动速度信号在燃烧开始时刻存在初始值,从而对燃烧特征参数提取产生影响。通过曲线拟合的方法得到了约束支架引起的缸盖表面振动速度,并进行频谱分析。研究结果表明:其主要频谱能量集中在250Hz以下的频段内。通过曲线拟合及数字滤波技术从实测缸盖表面振动速度中去除约束支架的影响,得到含有丰富缸内燃烧状态的缸盖表面振动速度信号,并从中提取特征参数,估计出缸内燃烧的起始时刻。在2缸HCCI柴油机上进行验证试验,结果表明提出的方法是可行的。     

冲击响应信号反演柴油机气缸压力的研究

以4120SG型柴油机为研究对象,分析了缸盖系统的激励源和响应特性,根据柴油机的发火顺序和相位关系,确定了缸盖表面振动的响应信号;采用倒频谱法进行了气缸内压力的反演研究,试验结果表明:对缸盖表面信号进行适当的预处理后,可以较好地反演出柴油机缸内压力信号,使得利用表面振动信号监测柴油机运行状态成为可能。     

柴油机缸盖振动信号度量参数分析

实测了不同工况时的柴油机缸盖振动位移、速度及加速度信号,通过对比振动位移及缸内压力信号,发现缸盖振动位移信号受约束支架振动的影响严重,从中提取燃烧相关信息较为困难.对比缸盖振动速度及压升率信号,认为振动速度信号同样包含了约束支架振动的影响,可以通过滤波处理的方法对缸盖振动速度信号进行处理,处理后的振动速度信号中包含了丰富的燃烧相关信息.缸盖振动加速度信号对高频成分敏感,约束支架的影响基本可以忽略,通过低通滤波的方法可以得到与缸内燃烧状态密切相关的成分,并用于分析缸内燃烧状况.     

基于小波分析和时序分析的柴油机气缸压力识别

运用小波分析方法分析研究了柴油机缸盖振动信号的时频特性,较为详细地讨论了柴油机缸盖系统的激励源及其振动响应。用小波包分析方法对振动信号及气缸压力信号进行了有效的信噪分离,并依此利用时间序列分析方法对缸盖振动信号和气缸压力信号分别建立时序模型,求取缸盖振动系统的传递函数,再利用Ｐｏｗｅｌ算法对传递函数的参数进行优化处理,然后利用缸盖表面的振动信号识别气缸压力。     

遗传算法在气门机构故障诊断中的应用

通过模拟柴油机气门机构的2种主要故障-气门漏气和气门间隙异常进行试验,采集柴油机缸盖表面的振动信号,计算 了柴油机缸盖振动信号的小波包能量、时域能量、最大幅值和奇异性指标。建立了振动信号的AR和ARMA模型,最后利用遗传算法进行自动再生最佳特征参数,得到了优化的气门机构故障诊断表达式,结果表明利用该表达式可以更简捷有效地进行故障诊断。     

涡流室柴油机燃烧放热率的计算及其分析与应用

本文提供了涡流室柴油机燃烧放热率的计算方法。运用零维热力学——完全燃烧模型,辅之以工质在主喷口中的流动方程,计算了6105Q型柴油机主、副燃烧室中工质的热力状态及其放热规律,并结合放热率的计算结果对柴油机的变工况燃烧特性进行了分析。     

Analysis of combustion,performance and emission characteristics of low heat rejection engine using biodiesel

A comprehensive cycle simulation program has been developed using “C” language for conventional engine and Low Heat Rejection (LHR) engine operated with diesel and biodiesel. Model for the prediction of cylinder pressure, heat transfer, heat release, work done and emission levels were synthesized and analyzed. Annand’s combined heat transfer model and Wiebe’s heat release model is used to calculate the heat transfer and heat release. The extended Zeldovich mechanism is used for predicting NO emissions. The models have been validated against experimental data obtained from single cylinder water-cooled DI diesel engine. For experimental purpose the diesel engine is converted in to LHR engine using partially stabilized zirconia coating and biodiesel is produced from Jatropha seed oil (JSO) through transesterification process. It is shown that the models can predict the characteristics with reasonable accuracy.     

可变喷油速率的超高压共轨系统喷射控制研究

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型,分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型,将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型,研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NO_x排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架,开展了不同喷油速率的喷射控制试验,结果表明:与相同油量条件下的高压共轨喷射相比,柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性,动力输出提高了5%,燃油消耗量下降了6%,碳烟排放降低,但NO_x排放升高。     

双燃料发动机燃烧放热规律分析及燃烧特性研究

从热力学和内燃机燃烧的基本理论入手 ,推导了计算分析双燃料发动机缸内工质成分和热力学参数的计算关系式以及求解双燃料发动机燃烧放热规律的微分方程式 ,基于面向对象技术开发了双燃料发动机燃烧放热规律计算软件。研究结果表明 :用传统柴油机分析方法计算双燃料发动机的放热率峰值偏小 ,所计算的缸内工质平均温度偏高 ,新模型计算的结果与实际情况更为吻合。该分析软件可以适用于多种燃料发动机 ,是内燃机燃烧放热规律的通用计算软件。双燃料发动机燃烧特性研究表明 :双燃料发动机初始放热率比纯柴油大 ,若着火始点在上止点后 ,双燃料缸内最大爆发压力比纯柴油低 ,否则比纯柴油高 ;控制双燃料发动机着火始点是控制缸内最大爆发压力和 NOx 排放的关键 ,双燃料发动机着火始点应在上止点后 ,可以使发动机爆发压力和 NOx 排放比纯柴油低。     

柴油机放热规律在数值计算中的应用

柴油机缸内燃烧过程的模拟是柴油机工作过程模拟的基础,燃料燃烧放热规律决定了缸内压力变化和能量转换的过程,进而影响整个燃烧过程。笔者以TBD234V12增压中冷柴油机为母型机,根据热力学第一定律,利用MATLAB语言编制了柴油机实测示功图反算放热率的程序,计算出燃烧放热率,以此作为已知数据进行工作过程计算,为柴油机工作过程和燃烧过程的研究提供了更为真实准确的燃烧放热规律。同时,利用三韦伯曲线来模拟缸内的放热规律,在达到同样柴油机综合性能指标条件下,分析二者的共同点与不同点。     

Performance and combustion characteristics of biodiesel–diesel–methanol blend fuelled engine

An experimental investigation was conducted to evaluate the effects of using methanol as additive to biodiesel–diesel blends on the engine performance, emissions and combustion characteristics of a direct injection diesel engine under variable operating conditions. BD50 (50% biodiesel and 50% diesel in vol.) was prepared as the baseline fuel. Methanol was added to BD50 as an additive by volume percent of 5% and 10% (denoted as BDM5 and BDM10). The results indicate that the combustion starts later for BDM5 and BDM10 than for BD50 at low engine load, but is almost identical at high engine load. At low engine load of 1500 r/min, BDM5 and BDM10 show the similar peak cylinder pressure and peak of pressure rise rate to BD50, and higher peak of heat release rate than that of BD50. At low engine load of 1800 r/min, the peak cylinder pressure and the peak of pressure rise rate of BDM5 and BDM10 are lower than those of BD50, and the peak of heat release rate is similar to that of BD50. The crank angles at which the peak values occur are later for BDM5 and BDM10 than for BD50. At high engine load, the peak cylinder pressure, the peak of pressure rise rate and peak of heat release rate of BDM5 and BDM10 are higher than those of BD50, and the crank angle of peak values for all tested fuels are almost same. The power and torque outputs of BDM5 and BDM10 are slightly lower than those of BD50. BDM5 and BDM10 show dramatic reduction of smoke emissions. CO emissions are slightly lower, and NO_x and HC emissions are almost similar to those of BD50 at speed characteristic of full engine load.     

基于变分模态分解和交叉小波变换的柴油机失火故障诊断

针对强噪声干扰下柴油机失火故障难以诊断的问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)与交叉小波变换(cross wavelet transform,XWT)的柴油机失火故障诊断方法。该方法首先通过VMD将缸盖振动信号进行分解、自适应消噪及信号重构,再利用XWT对任意两个连续工作循环信号进行时频相关分析,进一步消除振动信号中的干扰噪声以提取柴油机燃烧特征,最后通过计算时频空间各缸能量占比进行柴油机失火故障诊断。通过对仿真信号分析及柴油机失火故障诊断,结果表明:该方法可以消除强噪声干扰,提取柴油机燃烧周期瞬态振动冲击特征,有效地识别柴油机失火故障。     

二甲基醚/天然气双燃料均质压燃的燃烧特性

应用零维热力学模型和化学反应动力学模型计算并分析了二甲基醚(DME)／天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)运行工况范围，计算与试验结果相吻合．采用DME／CNG双燃料方式可以有效地扩展HCCI的运行工况范围，发动机转速为1400r／min，最大平均有效压力可达O．52MPa．在一台单缸直喷式柴油机上进行了DME／CNG双燃料HCCI燃烧过程的试验研究，结果表明，DME／CNG双燃料燃烧过程表现出明显的两阶段放热过程，随着CNG浓度增大，缸内最大爆发压力增大，燃烧始点略有推迟，燃烧第二放热峰值增大．而DME浓度对燃烧过程的影响主要通过影响第一阶段放热过程，进而影响第二阶段放热，随着DME浓度加大，第一放热峰值增大，燃烧始点提前，导致第二放热峰值增大，缸内最大爆发压力增大，主燃期缩短，当DME浓度太高时，发动机将出现爆震．     

An experimental investigation of the combustion process of a heavy-duty diesel engine enriched with H2

This paper investigated the effect of hydrogen (H₂) addition on the combustion process of a heavy-duty diesel engine. The addition of a small amount of H₂ was shown to have a mild effect on the cylinder pressure and combustion process. When operated at high load, the addition of a relatively large amount of H₂ substantially increased the peak cylinder pressure and the peak heat release rate. Compared to the two-stage combustion process of diesel engines, a featured three-stage combustion process of the H₂–diesel dual fuel engine was observed. The extremely high peak heat release rate represented a combination of diesel diffusion combustion and the premixed combustion of H₂ consumed by multiple turbulent flames, which substantially enhanced the combustion process of H₂–diesel dual fuel engine. However, the addition of a relatively large amount of H₂ at low load did not change the two-stage heat release process pattern. The premixed combustion was dramatically inhibited while the diffusion combustion was slightly enhanced and elongated. The substantially reduced peak cylinder pressure at low load was due to the deteriorated premixed combustion.     

柴油、天然气双燃料发动机的燃烧特性分析

研究了柴油,天然气双燃料发动机的燃烧特性,并着重分析了引燃柴油供给系统参数对双燃料发支持性的影响。以试验为基础,首先简要比较了柴油,天然气双燃料发动机与柴油机的燃烧特性,并对比了负荷对双燃料发动机燃烧特性的影响。然后分析了最小循环喷油量,引燃柴油量,引燃油喷射压力,喷嘴参数及供油提前角等引燃柴油供给系统参数对最高爆发压力,燃烧放热率,着火开始时间、累积燃烧放热率等柴油,天然气双燃料发动机燃烧特性的