基于P-φ示功图的柴油机燃烧分析仪

    内容

    0 引言

    内燃机的燃料， 在接近压缩终了时借助燃料喷射系统喷入气缸，着火前（滞燃期）已蒸发并与空气充分混合。 这类燃烧可视为预混合燃烧^[1]。

    很明显，滞燃期缸内燃料与空气的混合，极大地影响缸内燃烧多少燃；而这部分燃烧的燃料数量，决定了内燃机燃烧过程中缸内最高爆发压力、 最大压力升高率、最大放热率和燃烧噪声。 所以，优化内燃机缸内燃烧以提高内燃机性能（包括降低有害排放物），一直是研究的重点，尤其是 2000 年 IMO 制定了严格的 NO_X排放标准^[2]。

    研究往复式内燃机（以下简称内燃机）燃烧过程的方法很多，但最简便、实用的，是分析 P-φ 示功图。

    本文在内燃机缸压数据采集系统的基础上， 开发出以 P-φ 示功图为基础的燃烧分析仪。 （编者注：限于篇幅，略去原文中的某些计算程序）

    1 燃烧分析仪的工作原理、主要功能和总体结构

     燃烧分析仪的工作原理见图 1。

    燃烧分析仪， 选用国内外先进的硬件， 采用基于Windows 下的 Lab VIEW 作为软件平台，以 PC 工控机为统一平台，主要功能如下。

    （1）采集和传输数据

    •使用缸压传感器（石英压力传感器）和电荷放大器、角标传感器（光电编码器）等硬件，高速、准确地采集内燃机压缩压力、 燃烧压力等以及它们的相应曲柄相位（位置角度，单位度，以℃A 表示）等有关参数的模拟量信号，传输至数据采集卡。

•使用高速 A/D 数据采集卡， 将采集到的模拟量信号转换为数字量数据传输至 PC 工控机，并决定采集系统的采样频率、A/D 转换精度、采样通道数等。

    （2）处理数据（均化、光顺、中值滤波等）生成示功图———使用 Lab VIEW 图形化编程语言。

    （3）以示功图计算内燃机压力升高率、燃料燃烧放热率（以下简称放热率）和缸内平均温度———与处理数据生成示功图一样，使用 Lab VIEW 图形化编程语言。

    （4）人机交互界面（见图 2），利用 PC 工业控制计算机（简称 PC 工控机，即通常用的微电脑），便于操作，并可保存、回放、打印数据和图形等。

    四项功能中：前两项已在拙作《基于 Lab WIEW 的柴油机缸压数据采集系统》讨论，详见《航海技术》2008年增刊 P65-67；最后一项只是利用 PC 工控机，无需讨论； 本文重点讨论如何实现第 3 项功能———如何结合示功图计算内燃机气缸内的压力升高率、 燃料燃烧放热率、缸内平均温度等。

    2 压力升高率的计算和显示