[发明专利]一种气体发动机爆震测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体发动机爆震测试系统及方法。

背景技术

近年来，能源危机和大面积爆发的雾霾天气对中国居民的健康状况和一些地区的生产造成了重大影响，促使中国对能源结构的不合理因素进行调整。其中机动车排放的颗粒是城市雾霾的主要来源之一。而天然气中90％以上的成分是甲烷，由于甲烷中不含C-C键，燃烧过程碳烟的生成量极少，因此，城市公交车或卡车采用天然气做燃料后可以实现清洁无烟燃烧，对缓解中国环境污染及实现能源多元化具有重要意义。

但是天然气发动机和柴油机相比由于采用预混燃烧技术，而爆震燃烧的发生是预混燃烧的一大特性，因此天然气发动机在大负荷工作时容易发生爆震燃烧问题，导致排放恶化、发动机可靠性降低。特别是在天然气发动机在市场上实际运行时由于不同地区不同时间天然气的成分不同，使不同地区天然气的抗爆性不同，使这一问题尤为明显。在实验室或市场一般通过测量缸内压力信号和发动机机体的振动加速度来判定爆震强度，优化标定发动机，但是不同发动机爆震强度的判定的阈值不同，主要根据工程师的经验确定，使工程技术人员在实际操作中存在难以准确判定爆震强度的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种气体发动机爆震测试系统及方法，本发明以发动机噪声分析仪所采集的噪声频谱和噪声强度为基础，进行缸内爆震燃烧压力峰值及机体振动加速度数值的爆震强度判断。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种气体发动机爆震测试系统，包括缸内压力采集单元、发动机机体振动加速度采集单元、发动机噪声信号采集单元和信号处理分析系统，其中，所述缸内压力采集单元采集气体发动机不同工况的缸内压力信号，发动机机体振动加速度采集单元采集气体发动机的机体振动加速度信号，发动机噪声信号采集单元采集气体发动机的噪音信号，信号处理分析系统根据压力、振动加速度和噪音信号，提取缸内示功图的爆震燃烧压力峰值的数值、振动加速度大小、发动机燃烧噪声频谱特性，确定燃烧噪声频谱特性与噪声强度的相关性，和缸内爆震燃烧压力峰值及机体振动加速度数值大小的相关性。

所述缸内压力采集单元，包括缸内压力传感器、角标仪和燃烧分析仪，其中所述缸内压力传感器设置于气体发动机上，采集气缸内的压力信号，将其传输给燃烧分析仪，所述角标仪采集角标信号，根据角标的脉冲纪录缸内的压力信号。

所述发动机噪声信号采集单元，包括振动噪声测试仪、声强探头，所述声强探头检测发动机噪声，并传输给振动噪声测试仪。

所述发动机机体振动加速度采集单元，包括加速度传感器和转速传感器，所述加速度传感器采集发动机机体振动加速度，并传输给振动噪声测试仪，所述转速传感器测试发动机的转速，振动噪声测试仪和转速传感器均连接信号处理分析系统。

所述系统还包括工况调节机构，所述工况调节机构包括测功机、电子节气门、发动机电控系统和天然气喷射模块，所述发动机电控系统控制天然气喷射模块改变天然气喷射阀的天然气喷射量，实现不同工况天然气浓度的调整，发动机电控系统通过点火模块控制发动机点火提前角的调整，发动机电控系统通过测功机负荷的变化及电子节气门的调整实现发动机工况点的改变。

一种基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)发动机稳定工作在某一工况点，同步采集这一工况点的缸内压力信号、发动机机体振动加速度和发动机的噪声信号；

(2)逐步调整发动机的点火提前角或混合气浓度，采集这一工况点的一系列缸内压力信号、发动机机体振动加速度和发动机的噪声信号数据；

(3)确定下一个工况点，重复步骤(1)-(2)；

(4)对缸内压力信号进行滤波提取每一循环缸内压力爆震燃烧压力的峰值，并统计峰值的大小和分布比例，同时对采集到发动机每一工作循环机体振动加速度的大小和分布比例进行统计，分析发动机噪声信号的频谱特性和噪声强度。

所述步骤(4)中，建立各工况燃烧噪声频谱特性和噪声强度与缸内爆震燃烧压力峰值及机体振动加速度数值大小的对应关系，确定不同爆震燃烧压力数值及机体振动加速度数值大小与爆震强度的对应关系，以此建立爆震判断的标准。

所述方法中，在发动机实验室台架试验或整车道路试验中用爆震燃烧压力数值或机体振动加速度数值作为独立判断爆震的依据。

本发明的有益效果为：

(1)本发明以发动机噪声分析仪所采集的噪声频谱和噪声强度为基础，建立缸内爆震燃烧压力峰值及机体振动加速度数值的爆震强度判断规范。