柴油机燃烧放热率实时分析系统的设计与开发

摘要

本文主要实现了缸压信号在线采集过程中的自适应滤波以及内燃机缸压在线采集和燃烧实时分析系统的开发。 为了获得真实有效的内燃机缸内压力数据，本文针对测量缸压数据过程中通道效应产生的频率干扰，基于示功图频谱分析，采用FFT、线性插值法和IDFT等滤波方法相结合的方式实现了采集缸内压力的实时滤波，该方法能有效去除杂波干扰，最大限度地保留缸内真实压力数据的燃烧始点相位和最大压力升高率等燃烧特征，有利于提高燃烧放热率计算的精度。此外，不同内燃机工况下，干扰频率不同，本系统能够实现共振峰频率范围的在线自适应识别与查找，有效避免了一般数字滤波方式中截止频率设置难的问题。 本文采用数据采集卡、缸压传感器、角标传感器和LabVIEW软件搭建了燃烧分析测试平台。在该测量平台中，以角标传感器的方波脉冲信号作为外部采集时钟触发数据采集卡，以0.1°相位角为单位在线采集缸压信号。该采集平台利用纯压缩线法中的压缩中线实现了动态上止点的标定与修正；并应用在线自适应滤波方法实现缸压数据的平滑处理；同时基于示功图计算得到内燃机的最大压力升高率、燃烧放热率、CA50、爆发压力及其对应的相位等重要燃烧参数；利用程序算法中同步性良好的生产者/消费者运算模式来提高数据的共享能力，实现数据实时运算的同时快速储存结果。最后通过分析测试平台中各个子程序模块的运算时间占比情况，得出系统的实时性能与缸压数据的平均化处理循环数密切相关。当循环为n时能满足内燃机最高转速为n?1900r/min下的实时计算，能符合大多数柴油机燃烧分析的需求。 通过上述两部分工作，本文能获得更加准确的缸内压力数据，并以在线测量和实时分析的模式实时地还原内燃机缸内实际燃烧状态，同时该燃烧分析系统可以实时地反映发动机的循环波动等瞬态特征。

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