煤基混合燃料对发动机振动特性影响的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jfwhxl
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柴油机之所以在工农业的生产中的得到广泛的应用,完全得益于其效率高、功率大以及良好的经济性等优点。但是,目前我们所面对的巨大的能源消耗问题,无疑给柴油机的未来埋下了隐患。而煤基油作为一种新型的柴油机代用燃料,因拥有高十六烷值,可有效降低柴油机氮氧化物的排放,与此同时却带了的碳烟排放上升的问题。为此,在 F-T 柴油中掺烧醇类燃料,可有效降低碳烟的排放。所以 F-T/醇类混合燃料是一种优质的柴油机代用燃料。  另一方面,由于柴油机的燃烧过程与其动力、排放、经济性能息息相关,对柴油机的缸内燃烧状态进行监测,可及时发现柴油机的工作状态,以使其工作在一个比较理想的状态之下。发动机的状态监测方法中,振动信号法测量方便,最重要的是缸盖振动信号中含有丰富的燃烧状态信息。因此,基于发动机的振动信号评价发动机的燃烧状态具有实用价值。  本文所用混合燃料为 F-T柴油掺 10%体积比的甲醇、丁醇燃料,分别记为M10、D10。通过台架试验分析了燃料的理化特性对柴油机振动特性的影响规律,同时基于凯泽窗设计的FIR 滤波器对缸盖振动加速度信号进行滤波,分析了滤波后的振动加速度信号波形图与压力升高加速度以及缸压曲线之间的关系,然后利用柴油机的振动加速度信号提取燃烧特征参数,以此评价柴油机燃用四种燃料时的燃烧状态。主要结论如下:  (1)在不同工况下,柴油机燃用四种燃料时缸内压力频谱能量主要集中在0~10 kHz以内,而且F-T以及混合燃料M10、D10的气缸压力级的幅值均低于0#柴油,相应的频率范围也小于0#柴油;0#柴油的有量纲特征参数(平均值、有效值、峰值、标准差)值最大,混合燃料M10、D10次之,F-T柴油最小,而0#柴油的无量纲参数(裕度指标和峭度指标)值最小,F-T柴油的最大,M10、D10介于两者之间;在柴油机的主要振动频率区域内,0#柴油的振动持续时间最长,F-T柴油的最短,M10、D10介于两者之间;四种燃料在不同工况时,与缸内燃烧相关的振动信号能量主要集中在2100 Hz以下的频段,0#柴油的气缸盖的振动加速度功率谱密度最大,M10、D10次之,F-T最小。  (2)利用滤波后的振动加速度信号可以对缸内燃烧状态的部分特征参数进行估计:第一个峰值点可估计燃烧的始点,第一个谷点估计压力升高率的峰值点,第三个峰值点可估计峰值压力出现的时刻。然后将估计参数值与台架试验测取的特征参数值进行对比发现:估计得到的燃烧始点、压力升高率峰值出现时刻、缸压峰值的出现时刻偏差分别在:-2.1 ℃A~1.7 ℃A、-2.5 ℃A~1.5 ℃A、-3.0 ℃A~0.7 ℃A之间。  (3)当柴油处于同种工况时,基于振动加速度信号对几种燃料的燃烧特征分析结果为:F-T柴油比0#柴油燃烧始点明显提前,混合燃料M10、D10的燃烧始点比 F-T 柴油有所推迟,低负荷时表现的更加明显,0#柴油的燃烧始点出现最晚;F-T以及混合燃料M10、D10的压力升高率峰值相位相比0#柴油有所提前,同时F-T柴油又滞后于两种混合燃料;与0#柴油的缸压峰值相位相比,F-T柴油以及混合燃料M10、D10均有所推迟。
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