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船用天然气发动机爆震检测与控制技术研究
| 论文题名： | 船用天然气发动机爆震检测与控制技术研究 |
| 关键词： | 船用天然气发动机;爆震检测;离散小波变换;分级控制 |
| 摘要： | 为了提高发动机的动力性及经济性，船用发动机向着高压缩比及高增压方向发展，伴随而来的爆震问题必然会成为最大的障碍。船用天然气发动机工作在中高负荷工况时，工作窗口较窄，空燃比允许变化范围小，容易出现爆震现象。控制发动机工作在轻微爆震工况，可以提高发动机的运行效率和燃料经济性，控制过程实现的难点在于轻微爆震的检测。 首先，本文基于安装在一缸缸体位置的加速度传感器，测得在不同点火提前角下的振动信号，通过对试验数据进行分析，研究发现:试验台架上的发动机爆震特征频率在4.2～12.2kHz范围内，传统的爆震检测方法例如直接滤波法可以在较强爆震工况下提取出爆震信息，但是对于轻微爆震的识别能力不足。其次，为了提高爆震检测的能力，本文提出了一种新的爆震指标:基于离散小波变换后的平均能量值AE。利用凸轮轴信号选择爆震计算窗口，对窗口内的数据进行离散小波变换，选择Daubechies小波的db2小波，分析细节分量信号D4[4096Hz，8192Hz]进行平均能量值计算，设定无爆震与强爆震工况下爆震阈值AE分别为30、45，即认为当AE≤30时判断为无爆震工况，AE＞45时判断为强爆震工况;与爆震循环占有率相结合，实现微弱爆震与中度爆震的判别，即爆震指标AE∈(30，45]、爆震循环占有率≤8％判断为轻微爆震工况，否则为中度爆震。试验证明，该方法可以有效的从机体振动信号中提取到轻微爆震信号，实现爆震强度的分级判定。 最后，基于LabVIEW平台与NIUSB-4432数据采集卡开发了爆震实时分析系统，运用CAN总线将爆震等级与ECU进行通信。针对船用天然气发动机，提出了基于点火提前角的爆震分级控制，与基于扭矩的转速和空燃比双闭环的控制策略相结合，然后对控制策略进行了试验验证，将振动信号的分析结果反馈至ECU，ECU通过控制点火提前角，实时的将爆震指标AE维持在[30，45]范围内，实现了爆震控制系统的分级闭环控制。当发动机运行在无爆震工况时，通过缓慢增加点火提前角使发动机靠近轻微爆震工况，提高发动机的运行效率;在处于中度爆震工况时，立即减小点火提前角使发动机脱离中度爆震工况，避免进一步发生强烈爆震，保护发动机安全运行。 |
| 作者： | 吴华堂 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 宋恩哲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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