一種氣體發(fā)動機爆震測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種氣體發(fā)動機爆震測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]近年來，能源危機和大面積爆發(fā)的霧霾天氣對中國居民的健康狀況和一些地區(qū)的生產(chǎn)造成了重大影響，促使中國對能源結構的不合理因素進行調整。其中機動車排放的顆粒是城市霧霾的主要來源之一。而天然氣中90%以上的成分是甲烷，由于甲烷中不含C-C鍵，燃燒過程碳煙的生成量極少，因此，城市公交車或卡車采用天然氣做燃料后可以實現(xiàn)清潔無煙燃燒，對緩解中國環(huán)境污染及實現(xiàn)能源多元化具有重要意義。
[0003]但是天然氣發(fā)動機和柴油機相比由于采用預混燃燒技術，而爆震燃燒的發(fā)生是預混燃燒的一大特性，因此天然氣發(fā)動機在大負荷工作時容易發(fā)生爆震燃燒問題，導致排放惡化、發(fā)動機可靠性降低。特別是在天然氣發(fā)動機在市場上實際運行時由于不同地區(qū)不同時間天然氣的成分不同，使不同地區(qū)天然氣的抗爆性不同，使這一問題尤為明顯。在實驗室或市場一般通過測量缸內壓力信號和發(fā)動機機體的振動加速度來判定爆震強度，優(yōu)化標定發(fā)動機，但是不同發(fā)動機爆震強度的判定的閾值不同，主要根據(jù)工程師的經(jīng)驗確定，使工程技術人員在實際操作中存在難以準確判定爆震強度的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種氣體發(fā)動機爆震測試系統(tǒng)及方法，本發(fā)明以發(fā)動機噪聲分析儀所采集的噪聲頻譜和噪聲強度為基礎，進行缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值的爆震強度判斷。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種氣體發(fā)動機爆震測試系統(tǒng)，包括缸內壓力采集單元、發(fā)動機機體振動加速度采集單元、發(fā)動機噪聲信號采集單元和信號處理分析系統(tǒng)，其中，所述缸內壓力采集單元采集氣體發(fā)動機不同工況的缸內壓力信號，發(fā)動機機體振動加速度采集單元采集氣體發(fā)動機的機體振動加速度信號，發(fā)動機噪聲信號采集單元采集氣體發(fā)動機的噪音信號，信號處理分析系統(tǒng)根據(jù)壓力、振動加速度和噪音信號，提取缸內示功圖的爆震燃燒壓力峰值的數(shù)值、振動加速度大小、發(fā)動機燃燒噪聲頻譜特性，確定燃燒噪聲頻譜特性與噪聲強度的相關性，和缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值大小的相關性。
[0007]所述缸內壓力采集單元，包括缸內壓力傳感器、角標儀和燃燒分析儀，其中所述缸內壓力傳感器設置于氣體發(fā)動機上，采集氣缸內的壓力信號，將其傳輸給燃燒分析儀，所述角標儀采集角標信號，根據(jù)角標的脈沖紀錄缸內的壓力信號。
[0008]所述發(fā)動機噪聲信號采集單元，包括振動噪聲測試儀、聲強探頭，所述聲強探頭檢測發(fā)動機噪聲，并傳輸給振動噪聲測試儀。
[0009]所述發(fā)動機機體振動加速度采集單元，包括加速度傳感器和轉速傳感器，所述加速度傳感器采集發(fā)動機機體振動加速度，并傳輸給振動噪聲測試儀，所述轉速傳感器測試發(fā)動機的轉速，振動噪聲測試儀和轉速傳感器均連接信號處理分析系統(tǒng)。
[0010]所述系統(tǒng)還包括工況調節(jié)機構，所述工況調節(jié)機構包括測功機、電子節(jié)氣門、發(fā)動機電控系統(tǒng)和天然氣噴射模塊，所述發(fā)動機電控系統(tǒng)控制天然氣噴射模塊改變天然氣噴射閥的天然氣噴射量，實現(xiàn)不同工況天然氣濃度的調整，發(fā)動機電控系統(tǒng)通過點火模塊控制發(fā)動機點火提前角的調整，發(fā)動機電控系統(tǒng)通過測功機負荷的變化及電子節(jié)氣門的調整實現(xiàn)發(fā)動機工況點的改變。
[0011 ] —種基于上述系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0012](1)發(fā)動機穩(wěn)定工作在某一工況點，同步采集這一工況點的缸內壓力信號、發(fā)動機機體振動加速度和發(fā)動機的噪聲信號；
[0013](2)逐步調整發(fā)動機的點火提前角或混合氣濃度，采集這一工況點的一系列缸內壓力信號、發(fā)動機機體振動加速度和發(fā)動機的噪聲信號數(shù)據(jù)；
[0014](3)確定下一個工況點，重復步驟(1)-(2);
[0015](4)對缸內壓力信號進行濾波提取每一循環(huán)缸內壓力爆震燃燒壓力的峰值，并統(tǒng)計峰值的大小和分布比例，同時對采集到發(fā)動機每一工作循環(huán)機體振動加速度的大小和分布比例進行統(tǒng)計，分析發(fā)動機噪聲信號的頻譜特性和噪聲強度。
[0016]所述步驟(4)中，建立各工況燃燒噪聲頻譜特性和噪聲強度與缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值大小的對應關系，確定不同爆震燃燒壓力數(shù)值及機體振動加速度數(shù)值大小與爆震強度的對應關系，以此建立爆震判斷的標準。
[0017]所述方法中，在發(fā)動機實驗室臺架試驗或整車道路試驗中用爆震燃燒壓力數(shù)值或機體振動加速度數(shù)值作為獨立判斷爆震的依據(jù)。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019](1)本發(fā)明以發(fā)動機噪聲分析儀所采集的噪聲頻譜和噪聲強度為基礎，建立缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值的爆震強度判斷規(guī)范。
[0020](2)本發(fā)明采用的發(fā)動機噪聲評價方法，使不同技術人員在對試驗室或運行車輛進行爆震評價時避免了靠個人聽覺判讀導致的誤差及不同人員聽力差距導致的差別。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的氣體發(fā)動機爆震測試系統(tǒng)工作示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的邏輯流程圖；
[0023]其中，101氣體發(fā)動機，102轉速傳感器，103角標儀，104數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，105燃燒分析儀，106振動噪聲測試儀，107發(fā)動機電控系統(tǒng)，108聲強探頭，109加速度傳感器，110缸內壓力傳感器，111點火模塊，112天然氣噴射模塊，113天然氣噴射閥，114電子節(jié)氣門，115測功機。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖1所示，氣體機爆震測試系統(tǒng)包括:缸內壓力采集裝置、發(fā)動機機體振動加速度采集裝置、發(fā)動機噪聲信號采集裝置，和信號處理分析系統(tǒng)。功用是同步采集氣體機發(fā)動機在不同工況的缸內壓力信號、發(fā)動機機體振動加速度信號、發(fā)動機噪聲信號，提取缸內示功圖的爆震燃燒壓力峰值的數(shù)值、振動加速度大小、發(fā)動機燃燒噪聲頻譜特性，建立燃燒噪聲頻譜特性及噪聲強度與缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值大小的相關性，以燃燒噪聲頻譜特性及噪聲強度作為確定以爆震燃燒壓力峰值方式或機體振動加速度大小方式評價爆震強度閾值的標準。爆震強度的閾值確定后，后續(xù)的試驗中可以單獨分析發(fā)動機示功圖爆震燃燒壓力或發(fā)動機機體振動加速度的大小準確而方面的判斷氣體發(fā)動機的爆震。
[0026]首先起動發(fā)動機，調整發(fā)動機的轉速和扭矩在某一固定工況點，同步采集這工況點的缸內壓力信號、發(fā)動機機體振動加速度和發(fā)動機的噪聲信號，然后調整發(fā)動機的點火提前角或混合氣濃度，比如點火提前角從小到大調整，混合氣濃度從稀到濃調整，采集這一工況點的一系列數(shù)據(jù)，然后確定下一個工況點，重復數(shù)據(jù)采集過程，直到完成試驗所需工況點的采集。然后利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對缸內壓力信號進行濾波提取每一循環(huán)缸內壓力爆震燃燒壓力的峰值，并統(tǒng)計峰值的大小和分布比例，同時對采集到發(fā)動機每一工作循環(huán)機體振動加速度的大小和分布比例進行統(tǒng)計，分析發(fā)動機噪聲信號的頻譜特性和噪聲強度，因為發(fā)生爆震后在燃燒后期會出現(xiàn)不同于不發(fā)生爆震的頻譜特性，且爆震越強烈這種噪聲的強度越大，工程技術人員從燃燒噪聲的頻譜特性和噪聲強度上可以較清晰的判斷爆震強度。建立各工況燃燒噪聲頻譜特性和噪聲強度與缸內爆震燃燒壓力峰值及機體振動加速度數(shù)值大小的對應關系，就決定了不同爆震燃燒壓力數(shù)值及機體振動加速度數(shù)值大小與爆震強度的對應關系，這樣就建立了爆震判斷的規(guī)范。后續(xù)發(fā)動機實驗室臺架試驗或整車道路試驗中可以用爆震燃燒壓力數(shù)值或機體振動加速度數(shù)值作為獨立判斷爆震的依據(jù)。
[0027]實施例一:
[0028]如圖1所