基于實時性優化的內燃機燃燒分析系統研究

韓超超

摘要∶HCCI和RCCI燃燒模式對缸內壓縮溫度、油氣混合程度和不同燃料的組分分配比敏感。上述因素的循環分布不均會導致發動機的循環波動較大。本文主要利用車內缸壓溫度傳感器、數據采集處理卡、光電信號編碼器和rrlabview等等軟件設計搭建一個在線的對缸內液壓溫度采集和數據進行實時柴油燃燒循環溫度變化分析的綜合系統研究平臺，以深入入地研究這種柴油循環燃燒溫度變化波動的基本特性。

關鍵詞：實時性優化;內燃機;燃燒分析系統

一、引言

均質燃燒壓燃自動燃燒控制模型和自動反應燃燒控制均質壓燃工藝自動燃燒控制模型工藝是目前一種完全可以自動實現高效、低污染的新型通用內燃機自動燃燒模型工藝技術，具備較高的動力供電和發熱效率與較低廢氣排放的能量。在整個HCCI和整個RCCI的柴油相關溫度研究中我們可以發現，缸內的油氣壓縮環境溫度、油氣與各種混合燃料汽車過程中的油氣混雜物混合濃度，以及各種混合燃料的總體重量和燃料組分之間的溫度匹配比例等都會對整個HCCI和整個RCCI的柴油燃燒過程工作中的過程循環產生波動影響較大，即使更細微的一個柴油發動缸內外部環境溫度變化，也可能會對柴油燃燒過程工作中的過程循環產生一個比較敏感的溫度變化，從而直接導致整個柴油發動機的燃燒工作過程循環運動頻率產生波動大。為了準確地實時判斷這些氣體循環的燃燒波動率和頻率，必須一定要對其循環進行一次針對缸內氣體燃燒波動情況的一次實時數據分析[1]。

二、內燃機檢測發展方向

（一）發展問題

在一些需要使用大型內燃機的具有常規特殊使用性能的工作臺架中，內燃機的各種火災發生情況幾乎沒有任何辦法直接進行檢測。然而較大氣體的單汽缸內動機燃油功能品質卻往往會給氣缸內燃機的機身整體各項燃油功能結構產生極大的不良影響。通過對柴油缸內燃燒爆炸力和壓力的微觀分析，進行對我國發動機柴油氣缸缸內燃燒性能狀態的宏觀分析與數值判斷，可以用于給我國發動機柴油氣缸燃燒性能的不斷改善發展指明方向。燃燒室的溫度變動分析儀該系統主要能夠實時定量準確呈現一個氣缸內部或室外溫度，檢測不可通過檢測的真實循環燃燒室的溫度變動狀態，包括最大循環放熱燃燒功率，最大循環加壓燃燒功率，循環燃燒溫度的異常變動。目前，在對各種常規小型柴油發動機的氣體燃燒處理溫度進行分析中，普遍建議使用50～100個工作周期的燃燒溫度分析平均值。采用多個循環平均的數據計算處理方法，可以大大減少由于電機濾波器的缺陷而產生帶來的電機測量結果噪聲，但將多個連續循環的平均數據不再進行平均計算處理，特別對凡是50個連續循環，乃至100個連續循環的平均數據不再進行平均計算處理，掩蓋了導致柴油發動機廢氣燃燒不穩定的主要原因和問題本質，在有關柴油發動機的廢氣燃燒系統不穩定性的問題研究中也很難廣泛采用。

基干上述的兩個問題，為了更好地深入進行關于RCCI和HCCI燃氣循環溫度波動和功率的綜合深入分析研究，本文基于軟件平臺，搭建一套實時氣缸燃燒中的溫度波動分析計算系統，采用單氣缸壓波動曲線分析作為理論基礎，通過溫度計算分析得出各種類型的氣缸內燃機在一個氣缸中連續燃燒的氣缸溫度和油量放熱變化規律，研究各種類型的氣缸噴油溫度控制策略等影響因素對一個氣缸中小型內燃機在整個氣缸燃燒中的溫度燃燒量和溫度放熱變化波動性質及其產生的直接影響。

（二）內燃機燃燒實時性優化的分析

為了進一步研究改善和不斷提高各種燃燒精度計算數據分析處理系統的節點數據處理實時性，利用燃燒應用程序設計算法中節點數據實時同步性良好的燃燒生產商/廠和消費者節點運算處理模型模塊來逐步增強節點數據的實時共享處理功能，實現了對節點數據的快速實時同步運算和對節點數據快速實時存儲的并行處理，提高了各種燃燒精度計算的節點數據處理實時性;針對各種柴油發動機的燃燒進和出排氣、壓縮、燃燒、膨脹等各個節點階段，采用了不同的燃燒精度和工作層次燃燒計算處理方法，減少了各種動機進和出排氣、壓縮和燃燒膨脹各個節點階段的燃燒計算量和工作精度耗時;在各個節點燃燒計算中數量較多的各種燃燒機排放熱比節點計算模塊組中，采用適當地設計簡化的燃燒計算公式及其中的一個節點實時運算處理模塊，以利于增強各種燃燒計算系統節點計算的數據實時性。最后，本文對燃燒分析系統設計的實時性進行了分析，并對其設計方法和結果進行了現場試驗和論點。

三、實時燃燒分析系統的架構

（一）液壓采集架構

以固定角度坐標點作為固定相位和節點的大氣缸內液壓采集信號節點進行液壓采集。為了大大提高其相位燃燒現象分析的數據準確性和檢測效果，本文中兩個角標點的相位燃燒數據采集器的頻率一般設定為0.1°ca。

（二）壓縮時手動自適應溫度標定

壓縮上點和停止點固定位置的處理精度與計算準確性，將來也會直接影響決定壓縮示功圖的處理精度與計算準確性，對于冷放熱壓縮比的精確計算尤為重要。因此，在開始進行有機燃燒氣體溫度測量分析數值計算前，需要首先準確地測量標定一個氣體壓縮上點和停止點的實際相位。本過程控制傳動系統在每一次進行RCCI和一次HCCI的綜合實驗傳動探索技術研究之前，先對其傳動進行不同傳動轉速的倒轉平拖傳動試驗，采用高速壓縮傳動線圈的方法自動對適應適度地自動校正其在壓縮上和停止點間的偏移[2]。

（三）在線適應自動濾波

對整個氣缸內的壓力濾波進行在線適應自動濾波。本振動控制系統基于頻譜噪聲分析，消除了通過去掉氣缸通道振動效應和消除氣缸內部氣體壓力波動所產生的內部振蕩聲和噪聲。

（四）氣缸壓力的燃燒性能分析

主要是對于燃燒時的放熱速率、氣缸平均溫度、壓力上升速率、ca50 等各個參數進行了計算，并可以得到一個柴油發動機循環運轉變化曲線。

四、結論

針對測量氣缸在油壓和燃燒過程中由于通道效應等造成的干擾，設計了氣缸壓力進行自適應濾波，對比了傳統濾波方法，該濾波方式具有更高的自適應性好且濾波效果得到明顯的提升，為基于氣缸單循環的實時燃燒溫度分析控制系統的應用提供了依據。正確合理地分配企業的內存和外部資源。將缸體壓力信息采集、燃油溫度計算與顯示、數據存儲模塊進行獨立操作，彼此之間進行數據共用。

參考文獻：

[1]內燃機燃燒研究及面臨的挑戰[J]. 蔡志江，王達，傅強.內燃機與配件. 2021（13）.

[2]內燃機適應性及運用方式[J]. 伍賽特.柴油機設計與制造. 2019（01）.