基于实时性优化的内燃机燃烧分析系统研究

韩超超

摘要∶HCCI和RCCI燃烧模式对缸内压缩温度、油气混合程度和不同燃料的组分分配比敏感。上述因素的循环分布不均会导致发动机的循环波动较大。本文主要利用车内缸压温度传感器、数据采集处理卡、光电信号编码器和rrlabview等等软件设计搭建一个在线的对缸内液压温度采集和数据进行实时柴油燃烧循环温度变化分析的综合系统研究平台，以深入入地研究这种柴油循环燃烧温度变化波动的基本特性。

关键词：实时性优化;内燃机;燃烧分析系统

一、引言

均质燃烧压燃自动燃烧控制模型和自动反应燃烧控制均质压燃工艺自动燃烧控制模型工艺是目前一种完全可以自动实现高效、低污染的新型通用内燃机自动燃烧模型工艺技术，具备较高的动力供电和发热效率与较低废气排放的能量。在整个HCCI和整个RCCI的柴油相关温度研究中我们可以发现，缸内的油气压缩环境温度、油气与各种混合燃料汽车过程中的油气混杂物混合浓度，以及各种混合燃料的总体重量和燃料组分之间的温度匹配比例等都会对整个HCCI和整个RCCI的柴油燃烧过程工作中的过程循环产生波动影响较大，即使更细微的一个柴油发动缸内外部环境温度变化，也可能会对柴油燃烧过程工作中的过程循环产生一个比较敏感的温度变化，从而直接导致整个柴油发动机的燃烧工作过程循环运动频率产生波动大。为了准确地实时判断这些气体循环的燃烧波动率和频率，必须一定要对其循环进行一次针对缸内气体燃烧波动情况的一次实时数据分析[1]。

二、内燃机检测发展方向

（一）发展问题

在一些需要使用大型内燃机的具有常规特殊使用性能的工作台架中，内燃机的各种火灾发生情况几乎没有任何办法直接进行检测。然而较大气体的单汽缸内动机燃油功能品质却往往会给气缸内燃机的机身整体各项燃油功能结构产生极大的不良影响。通过对柴油缸内燃烧爆炸力和压力的微观分析，进行对我国发动机柴油气缸缸内燃烧性能状态的宏观分析与数值判断，可以用于给我国发动机柴油气缸燃烧性能的不断改善发展指明方向。燃烧室的温度变动分析仪该系统主要能够实时定量准确呈现一个气缸内部或室外温度，检测不可通过检测的真实循环燃烧室的温度变动状态，包括最大循环放热燃烧功率，最大循环加压燃烧功率，循环燃烧温度的异常变动。目前，在对各种常规小型柴油发动机的气体燃烧处理温度进行分析中，普遍建议使用50～100个工作周期的燃烧温度分析平均值。采用多个循环平均的数据计算处理方法，可以大大减少由于电机滤波器的缺陷而产生带来的电机测量结果噪声，但将多个连续循环的平均数据不再进行平均计算处理，特别对凡是50个连续循环，乃至100个连续循环的平均数据不再进行平均计算处理，掩盖了导致柴油发动机废气燃烧不稳定的主要原因和问题本质，在有关柴油发动机的废气燃烧系统不稳定性的问题研究中也很难广泛采用。

基干上述的两个问题，为了更好地深入进行关于RCCI和HCCI燃气循环温度波动和功率的综合深入分析研究，本文基于软件平台，搭建一套实时气缸燃烧中的温度波动分析计算系统，采用单气缸压波动曲线分析作为理论基础，通过温度计算分析得出各种类型的气缸内燃机在一个气缸中连续燃烧的气缸温度和油量放热变化规律，研究各种类型的气缸喷油温度控制策略等影响因素对一个气缸中小型内燃机在整个气缸燃烧中的温度燃烧量和温度放热变化波动性质及其产生的直接影响。

（二）内燃机燃烧实时性优化的分析

为了进一步研究改善和不断提高各种燃烧精度计算数据分析处理系统的节点数据处理实时性，利用燃烧应用程序设计算法中节点数据实时同步性良好的燃烧生产商/厂和消费者节点运算处理模型模块来逐步增强节点数据的实时共享处理功能，实现了对节点数据的快速实时同步运算和对节点数据快速实时存储的并行处理，提高了各种燃烧精度计算的节点数据处理实时性;针对各种柴油发动机的燃烧进和出排气、压缩、燃烧、膨胀等各个节点阶段，采用了不同的燃烧精度和工作层次燃烧计算处理方法，减少了各种动机进和出排气、压缩和燃烧膨胀各个节点阶段的燃烧计算量和工作精度耗时;在各个节点燃烧计算中数量较多的各种燃烧机排放热比节点计算模块组中，采用适当地设计简化的燃烧计算公式及其中的一个节点实时运算处理模块，以利于增强各种燃烧计算系统节点计算的数据实时性。最后，本文对燃烧分析系统设计的实时性进行了分析，并对其设计方法和结果进行了现场试验和论点。

三、实时燃烧分析系统的架构

（一）液压采集架构

以固定角度坐标点作为固定相位和节点的大气缸内液压采集信号节点进行液压采集。为了大大提高其相位燃烧现象分析的数据准确性和检测效果，本文中两个角标点的相位燃烧数据采集器的频率一般设定为0.1°ca。

（二）压缩时手动自适应温度标定

压缩上点和停止点固定位置的处理精度与计算准确性，将来也会直接影响决定压缩示功图的处理精度与计算准确性，对于冷放热压缩比的精确计算尤为重要。因此，在开始进行有机燃烧气体温度测量分析数值计算前，需要首先准确地测量标定一个气体压缩上点和停止点的实际相位。本过程控制传动系统在每一次进行RCCI和一次HCCI的综合实验传动探索技术研究之前，先对其传动进行不同传动转速的倒转平拖传动试验，采用高速压缩传动线圈的方法自动对适应适度地自动校正其在压缩上和停止点间的偏移[2]。

（三）在线适应自动滤波

对整个气缸内的压力滤波进行在线适应自动滤波。本振动控制系统基于频谱噪声分析，消除了通过去掉气缸通道振动效应和消除气缸内部气体压力波动所产生的内部振荡声和噪声。

（四）气缸压力的燃烧性能分析

主要是对于燃烧时的放热速率、气缸平均温度、压力上升速率、ca50 等各个参数进行了计算，并可以得到一个柴油发动机循环运转变化曲线。

四、结论

针对测量氣缸在油压和燃烧过程中由于通道效应等造成的干扰，设计了气缸压力进行自适应滤波，对比了传统滤波方法，该滤波方式具有更高的自适应性好且滤波效果得到明显的提升，为基于气缸单循环的实时燃烧温度分析控制系统的应用提供了依据。正确合理地分配企业的内存和外部资源。将缸体压力信息采集、燃油温度计算与显示、数据存储模块进行独立操作，彼此之间进行数据共用。

参考文献：

[1]内燃机燃烧研究及面临的挑战[J]. 蔡志江，王达，傅强.内燃机与配件. 2021（13）.

[2]内燃机适应性及运用方式[J]. 伍赛特.柴油机设计与制造. 2019（01）.