基于示功图的自由活塞发动机燃烧过程分析(3)

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第 2 页本科毕业设计说明书

1.2.2 分析与处理技术现状

在实际示功图的测试中,示功图本身的精确度是否足够高,主要由上止点定位误差以及测压通道的腔震等因素来决定。

A.上止点的修正上止点的精确测定非常重要。上止点的定位误差会导致在计算瞬时气缸容积值和容积

变化量时产生误差，而这无疑将影响到放热率精度的计算。放热率曲线自然而然也将产生误差，尤其是上止点附近的曲线会有较大的偏差。研究表明，上止点附近因为一度的曲轴转角误差就会导致放热率峰值百分之五左右的误差；会导致百分之五至百分之八的平均指示压力误差；而累积放热量甚至能达到百分之十的误差。所以上止点的修正十分重要。目前常用的

修正方法有温熵法，热平衡法以及利用 p 图的对称性和多变指数法，需要说明的是，这些

方法都需要在纯压缩条件下进行。温熵法和热平衡法是在能量基础熵对上止点进行修正点，而上止点的不准确性本身就会影响到能量的计算，再加上需要采用经验公式来计算传热系数，自然会进一步加大误差。利用 p 图的对称性来确定上止点点位置时，由于工质泄露问题也

将导致较大误差。比较合理的方法时采用多变指数法来进行修正。文献［3］中作者选择燃烧开始前燃烧放热率为 0 的一个点作为绝热点，只测量缸内压力和转速，再利用多变指数法修正上止点。试验结果良好，说明用多变指数法来修正上止点是一种行之有效的方法。

B．缸内压力滤波处理缸内压力滤波处理，主要是为了衰减燃烧压力震荡以及消除通道效应对于结果的影响。

为了避免产生通道效应,往往在测压通道（甚至在折转通道）里测量缸内压力[4]。目前常用小波处理方法来修正侧压通道，小波处理的基本思想是用合适的小波函数通过一系列平移缩放操作来得到一个函数簇，再利用这个函数簇来分解信号。缸内压力滤波处理可以采用数据光顺方法，其中常用的光顺法有五点三次平滑法，样条函数光顺法以及傅立叶级数光顺法等等。但数据光顺法是一种纯数学的方法，缺乏了物理模型的支持。另一种滤波处理方法是对示功图进行频谱分析。所谓频谱分析，是希望能通过分析找出干扰信号在不同频域中的位置以及它存在的形式。频谱分析后能得到一张频谱图，它可以分成三各区域，低频区，中频区以及高频区。其中 80HZ～240HZ 的中频区是主要的干扰区；而 1HZ～80HZ 的低频区是压力信号的主体；240HZ 以上的高频区波动较大但干扰情况较小。频谱分析之后通过大量重复试验可以得出影响通道固有频率的主要因素。试验结果表明通道固有频率主要受发动机负荷，通道截面积和通道长度以及空腔容积影响。然后通过多因素非线性回归方法得到固有频率估算公式，

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最后根据通道效应频谱特征设计相应频率带阻滤波器，利用滤波器来很好地消除通道效应。现在随着计算机技术的发展，可以方便地利用 MATLAB 工具箱针对具体情况设计滤波器，再利用滤波器来有效地消除通道效应。

1.2.3 燃烧放热率分析技术现状

随着一系列计算机软件建模和仿真的广泛使用,建立燃烧模型来计算分析内燃机的燃烧速率的方法也随之广泛应用。文献综述

燃烧放热率是指燃料在气缸中瞬时放出热量的速率与时间（曲轴转角）的关系。而燃料的能量转换进度可以借助燃烧放热率具体的表示出来。放热率会直接影响到内燃机的性能[5]，所以它已经成为设计内燃机时的一个重要参考依据。设计者可以选择适当的热力学参数，适当的运动参数以及结构参数使内燃机有合适的燃烧放热率以便拥有最优的性能。研究放热率时，我们可以采用一些燃烧模型来模拟燃烧过程，像现在常用的有韦伯函数。韦伯函数是一个半经验公式，加上适当的系数就可以用来简单拟合燃烧过程。现在计算机技术发展迅速，也有了一系列的计算机软件可以用来研究燃烧过程。本文借助 MABLAB 建立了一个计算自由活塞发动机燃烧放热率的模型，只要输入原始参数以及示功图的数据就可以得到一条燃烧放热率的曲线，十分方便。不仅如此，人们还能借助软件实现仿真模拟，因此现在计算机已经成为研究燃烧过程的一个重要的工具。