[发明专利]一种内燃机爆震在线诊断和控制方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种内燃机爆震在线诊断和控制方法，特别是涉及小型化汽油机爆震诊断和控制方法。

背景技术

在内燃机领域中，发动机是靠在活塞压缩接近上止点附近时点燃高温高压的可燃混合气，将燃烧产生的热能装化为动能，对外输出功率和扭矩的。但是，在某些情况下（比如压缩比过高，点火提前等），发动机会出现爆震或者敲缸现象。爆震是一种由不正常的燃烧而导致的燃烧室内出现高频压力大幅波动现象，即正常火焰在燃烧室内向前推进过程中，处于最后燃烧位置上的那部分未燃混合气在高温高压的作用下加快先期反应，以致在正常火焰未到之前未燃混合气的内部出现一个或数个自燃中心。自燃火焰前锋以极高的速率向外传播，迅速燃烧完可燃混合气，同时产生冲击波在缸内来回传播，造成强烈的高频压力振荡。轻微爆震时，发动机功率略有增加；强烈爆震时，发动机功率下降，机体过热，甚至会造成燃烧室附件和机体损坏。同时，为了实现节能减排的目的，现代内燃机逐渐向小型化趋势发展，与之对应的就是内燃机高压缩比和高增压技术的进步，然而这些措施都直接的增加了发动机发生爆震的倾向。因此，内燃机爆震在线诊断和控制对于大幅度提高内燃机升功率而抑制爆震具有重大的现实意义。

内燃机爆震诊断方法一般分为直接方法和间接方法。传统的爆震诊断和控制方法往往是通过测量机体振动、内燃机噪声和缸内压力峰值来识别爆震，在一定程度上造成了信号的失真。首先，在发动机机体上设置振动传感器或者爆震传感器，通过缸内压力振荡引起的机体振动强烈程度来判断爆震，但是这种方法的缺点是机体振动还受到车辆的机械传动等其他系统的直接影响，所得到的信号不能直接反映爆震信息，尤其表现在多缸发动机上；其次，通过测量发动机噪声的声压级大小来识别爆震也存在着来机械噪声对燃烧噪声的干扰，信噪比较差；再者，对于与爆震直接相关的缸内压力信号来说，传统方法仅仅是通过缸内压力传感器测量单一的缸内压力峰值来识别爆震，在一定意义上造成了对爆震现象的误判而导致发动机热效率的降低，实用性较差[1-3]。

相关文献

[1]C.Hudsona,X.Gaoa,R.Stone.(2001)Knock measurement for fuel evaluation in spark ignition engines,Fuel,80,pp395407.

[2]Mark Urlaub and Johann F.B¨ohme.Reconstruction of pressure signals on structure-borne sound.SAE Paper 2004010521.

for knock investigation

[3]Wei Haiqiao,Wei Jingsi,Shu Gequn.(2011)‘Calculation on Cylinder Pressure Fluctuation by Using the Wave Equation’,Chinese journal of mechanical engineering,Vol.24,NO.5,pp.19.

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中通过间接测量方法（振动、噪声信号）以及单一压力信号无法精确地识别爆震发生的缺陷，提出一种内燃机爆震在线诊断和控制方法，通过采用直接反映发动机爆震燃烧的缸内压力及其波动特性和频率特性来在线诊断和控制内燃机爆震，特别是小型化汽油机爆震现象，从而能够在提高燃油经济性、降低内燃机低排放的前提下有效地识别和抑制现代内燃机爆震问题，推动内燃机行业的发展。本发明的技术方案如下：

一种内燃机爆震在线诊断和控制方法，包括下列步骤：

（1）启动发动机，使各循环系统进入正常工作状态；

（2）利用缸内压力传感器和光电编码器同步测定发动机缸内压力p曲轴转角信号，并将所测得的信号导入发动机爆震在线诊断处理器中分析；

（3）调整发动机工作负载，使其工作在容易产生爆震的低速大负荷工作区域；

（4）在线比较处理器分析结果各曲轴转角下的压力峰值p_max、缸内压力升高率缸内压力振荡特征以及爆震中心频率特性f_中心是否超过了各自预设的爆震阈值；

（5）根据诊断最终结果来识别发动机是否发生爆震，如果发生了爆震则及时通过EGU调整发动机点火提前角和空燃比等参数反馈控制直至消除爆震。