[发明专利]一种内燃机表面振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的描述方法

说明书

本发明公开了一种内燃机表面振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的描述方法，包括滤除内燃机表面振动速度信号中的高频干扰，将内燃机表面振动速度信号从时间域转换到转角域，利用小波分解技术剔除振动速度信号中与往复惯性力相关的低频干扰，确定振动速度信号特征点与压力升高率信号特征点对应关系，利用内燃机表面振动信号中的特征参数描述振动速度信号与缸内压力信号间的相位滞后角。本发明有效的提高了基于内燃机表面振动信号辨识相位燃烧特征参数的精度，对内燃机缸内燃烧过程闭环控制有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种滞后角的描述方法，具体涉及一种利用内燃机表面振动速度信号中的某些特征参数实现振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的定量描述。

背景技术

近年来，大气环境恶化问题已成为社会共同关心的焦点，经济社会的绿色发展、人与自然的和谐相处是大势所趋。为此，世界各国制定了越来越严格的排放和油耗法规。为满足日趋严格的排放法规和进一步提高内燃机经济性的需求，低温燃烧技术应运而生，但低温燃烧对缸内热力学状况非常敏感，存在着火控制和变工况运行控制困难等问题，实时获取燃烧过程的反馈信息成为实现低温燃烧过程控制不可或缺的部分。燃烧过程信息可以基于机体振动信号间接推算，机体表面振动信号是缸内压力激励与曲柄连杆机构惯性力、气门落座冲击力、活塞换向撞击力、活塞侧压力及曲轴主轴承负荷等非燃烧激励共同作用的结果。缸内压力响应信号中包含丰富的与燃烧过程相关信息，可用于燃烧特征参数的提取，且振动传感器价格便宜、安装方便，因而受到广泛关注。

基于振动信号识别的燃烧特征参数与基于缸内压力信号识别相应参数间存在一定的滞后角。有的研究者将该滞后角视为系统偏差，提高了相位燃烧特征参数的识别精度。O.Chiavola与S.Lee等统计分析了振动信号特征点与燃烧特征参数的线性关系，通过建立描述两者间的函数关系式，修正了相应参数的滞后角。通过系统偏差或拟合手段修正滞后角，可提高部分工况下的相位燃烧特征参数识别精度，但不同工况相位滞后角并不相同。因此，研究振动信号与激励信号间相位滞后角定量描述方法，对燃烧特征参数的精确辨识具有重要的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明根据振动速度信号与压力升高率间的相关性，确定振动速度信号中能够描述激励信号中高频能量含量的特征参数，实现振动信号与激励信号间相位滞后角的定量评价。

本发明的具体技术方案是：

内燃机表面振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的描述方法包括滤除内燃机表面振动速度信号中的高频干扰，将内燃机表面振动速度信号从时间域转换到转角域，利用小波分解技术剔除振动速度信号中与往复惯性力相关的低频干扰，确定振动速度信号特征点与压力升高率信号特征点对应关系，利用内燃机表面振动速度信号中的特征参数描述振动速度信号与缸内压力信号间的相位滞后角。

上述滤除振动速度信号中的高频干扰：由气门开启、落座和活塞换向引起的振动速度信号的频带高于由缸内压力引起的振动速度信号，通过设计低通滤波器滤除振动速度信号中的高频干扰。

上述将缸内压力信号由时域转换到转角域是基于内时钟原理，将缸内压力信号从时间域转换为转角域信号。

上述利用小波分解技术剔除振动速度信号中的低频干扰：选择的小波基函数db4小波，分解层数为7，对振动速度信号进行分解，得到的最后一项主要成分为往复惯性力引起的低频信号，舍弃该项，利用其余分量重构振动速度信号，可以有效获得缸内压力引起的振动速度信号。