煤油发动机范文（精选3篇）
煤油发动机 第1篇
随着无人机的发展, 燃烧煤油的活塞发动机成为当前小型航空活塞发动机研究的热点。电控二冲程煤油发动机与同排量其他发动机相比具有功率高、加速性好、结构简单、质量轻、成本低等优点[1], 特别适合作为小型无人机、超轻型飞机和动力翼伞等飞行器的动力装置[2]。且煤油燃料在运输及使用安全性、油料管理和价格等方面具有优势[3]。但煤油抗爆震性能差[4], 连续且强烈的爆震会使气缸盖及活塞顶部等处过热, 造成发动机部件损毁。爆震问题极大限制了煤油活塞发动机动力性能和经济性能的发挥[5]。因此, 对电控二冲程煤油发动机爆震状态进行监控及对爆震强度进行判定具有重要意义。
目前, 利用缸内压力信号进行爆震识别是火花点火发动机爆震监控和爆震强度评价的重要手段, 其中Siemens VDO算法在工程上应用较为广泛。该算法先对发动机缸内压力信号低通滤波获取理想燃烧曲线峰值作为爆震窗口的起点, 然后对发动机缸内压力信号进行带通滤波, 获得燃烧压力的高频振动信号, 取爆震窗口与参考窗口高频能量积分之比作为爆震因子 (knock factors, KF) , 认为爆震因子大于爆震阈值的测试循环为爆震事件[6]。然而利用Siemens VDO算法在进行爆震因子计算时, 低通与带通滤波器关键参数的设置依赖人为主观经验, 得到的爆震因子受主观性因素的影响很大。
利用缸内压力信号进行爆震识别是现阶段最为准确的爆震识别方法之一, 以缸内压力信号高频积分能量作为爆震识别标识是其中重要的一种算法。为有效解决Siemens VDO算法中低通与带通滤波器设计时存在的关键参数主观经验选取的问题, 本文提出了基于经验模态分解的煤油发动机爆震因子计算方法, 利用该方法进行爆震因子计算, 以作为电控二冲程煤油发动机爆震强度的判定依据。
1 基本原理
1.1 经验模态分解原理
经验模态分解 (empirical mode decomposition, EMD) 能把非平稳、非线性信号分解成一组稳态和线性的数据序列集, 即内禀模态函数 (intrinsic mode function, IMF) 。所谓内禀模态函数, 必须满足2个条件[7]: (1) 对于一列数据, 极值点和过零点数目相等或至多相差一点; (2) 在任意点, 由局部极大点构成的包络线和局部极小点构成的包络线的平均值为零。
经验模态分解方法利用局部极大值和极小值的包络来进行[8]。一旦获得所有极值点, 所有的局部极大值用3次样条插值函数插值形成数据的上包络线, 同样, 所有的局部极小值通过插值形成数据的下包络线, 上包络和下包络的平均值记作m1 (t) , 原数据s (t) 减去m1 (t) 得到h1 (t) 。
重复进行上述处理过程k次, 直到h1 (t) 符合IMF的定义要求, 所得到的均值趋于零为止, 这样就得到了第1个IMF分量c1 (t) , 它代表信号s (t) 中最高频率的分量。
将c1 (t) 从s (t) 中分离出来, 即得到一个去除高频分量的差值信号r1 (t) 。
将r1 (t) 作为原始数据, 重复以上步骤, 得到n阶IMF分量cn (t) 。
当cn (t) 或rn (t) 满足给定的终止条件[9] (通常是rn (t) 成为一个单调函数) 时, 可以得到
式中, rn (t) 为残余函数, 代表信号的平均趋势。各阶IMF分量c1 (t) , c2 (t) , , cn (t) 包含了信号不同时间特征尺度大小的成分, 其尺度依次由小到大。
1.2 爆震因子计算[10]
对缸内压力信号进行经验模态分解, 得到了各阶IMF分量, 包含了从高频到低频不同频率段的成分, 其中包括爆震引起的高频分量信号, 以及低频分量信号即理想燃烧曲线等。选择低频分量信号峰值作为爆震窗口起始点及参考窗口终点, 对高频信号分量取绝对值, 得到高频信号分量绝对值并积分, 计算爆震窗口和参考窗口内的高频信号分量的积分能量比, 即爆震因子。当爆震因子超过某一门槛值时, 即认为发生了爆震。
式中, KF为爆震因子;φ0为爆震起始点对应的曲轴转角, 即低频分量信号峰值对应曲轴转角;Δφ为窗口宽度;pk为爆震窗口高频信号分量幅值;pr为参考窗口高频信号分量幅值。分子为爆震窗口内高频信号分量的积分能量, 分母为参考窗口内高频信号分量的积分能量。
2 基于经验模态分解爆震因子计算
2.1 缸内压力信号检测与采集
缸内压力信号检测试验在电控二冲程煤油发动机试验台架上进行, 发动机试验台架主要由EST-2002型内燃机测控系统、CWF110G电涡流测功机、Kistler6125A型火花塞式压力传感器、DH5902坚固型多通道数据采集系统、试验发动机等组成。试验时进气温度为301K, 发动机运行工况为6 000r/min。为保持爆震信号的高频特性, DH5902坚固型多通道数据采集系统的信号采样频率设定为200kHz。
2.2 基于经验模态分解爆震因子计算
为进行基于经验模态分解的煤油发动机爆震因子计算方法研究, 本文针对缸内压力信号检测试验得到的无爆震及明显爆震工况的缸内压力信号进行分析, 所选取的缸内压力信号如图1所示。图中, p为缸内燃烧压力信号的压力值, φ为发动机曲轴转角。
首先对明显爆震缸内压力信号进行经验模态分解, 结果如图2所示。其中, IMF1~IMF3为IMF高频分量;R为残余函数, 即低频理想燃烧曲线。对明显爆震工况的缸内压力信号的IMF1~IMF3分量进行快速傅里叶变换, 得到IMF1~IMF3分量的频谱图如图3所示。
经快速傅里叶变换后的各分量的中心频率与幅值见表1。由表1可知, IMF3分量频谱峰值为0.008 9MPa, 在3阶高频分量中信号强度最大, IMF3分量的中心频率为8.105kHz。
由于该电控二冲程煤油发动机的爆震特征频率范围为5 000~12 000kHz[11], 因此IMF3分量为发动机爆震压力波振荡引起的高频信号分量, 取IMF3分量与R分量进行爆震因子计算。IMF3分量与R分量如图4所示。
由图4可以看出, 低频理想燃烧曲线R分量的峰值坐标为 (16.330 5, 5.321 0) , 即低频理想燃烧曲线峰值对应曲轴转角为16.330 5°CA。选择该曲轴转角作为爆震窗口起始点及参考窗口终点。IMF3分量中爆震压力波引起的高频振荡发生在0~50°CA范围内, 为使爆震窗口内包含由爆震引起的完整高频振动信号及较少的噪声信号, 取30°CA作为爆震窗口及参考窗口宽度。对高频信号IMF3分量取绝对值如图5所示。将高频信号IMF3分量的绝对值进行积分, 得到IMF3分量高频积分能量如图6所示。计算爆震窗口和参考窗口内的IMF3分量的高频积分能量比, 即爆震因子KF1为5.037 2。
同理, 利用基于经验模态分解的爆震因子计算方法对图1所示的无爆震工况时的缸内压力信号进行爆震因子计算, 得到爆震因子KF2为0.837 3。可见不同爆震强度下的爆震因子存在着较明显的差异, 并且爆震因子大小与爆震强弱相对应, 可用来表征爆震状态。
2.3 滤波器关键参数对Siemens VDO算法的影响
在进行爆震因子计算时, Siemens VDO算法与基于经验模态分解的爆震因子计算方法不同在于:Siemens VDO算法需要进行低通滤波器与带通滤波的设计, 在进行滤波器设计时, 需要对滤波器关键参数进行设定。以Butterworth滤波器为例, 滤波器关键参数包括通带边界频率、阻带边界频率、通带衰减、阻带衰减等。
本文对图1所示的明显爆震工况时的缸内压力信号利用Siemens VDO算法进行爆震因子计算, 其中低通滤波器的通带边界频率为1kHz, 阻带边界频率为5kHz;带通滤波器的通带边界频率为5kHz, 阻带边界频率为12kHz。滤波器的通带衰减为3dB, 分别选取阻带衰减为10dB、15dB、25dB时, 分析不同阻带衰减值对Siemens VDO算法进行爆震因子计算时的影响, 得到的爆震因子见表2。
由表2可知, 低通与带通滤波器关键参数的设定对爆震因子有很大的影响, 而低通与带通滤波器关键参数的设置依赖人为主观经验, 因此得到的爆震因子受主观因素的影响很大。相比之下, 利用经验模态分解的爆震因子计算方法求解得出的爆震因子是唯一确定的, 不受主观经验影响。
本文对大量电控二冲程煤油发动机无爆震及明显爆震工况的缸内压力信号利用经验模态分解的爆震因子计算方法进行爆震因子计算, 证实了基于经验模态分解的爆震因子计算方法能快速有效地进行爆震因子计算, 算法简便, 计算效率高。
3 结论
(1) 基于经验模态分解的爆震因子计算方法可有效解决Siemens VDO算法的低通与带通滤波器设计时关键参数主观经验选取的问题。
(2) 利用基于经验模态分解的爆震因子计算方法分别对由缸内压力信号检测试验获取的无爆震及明显爆震工况的缸内压力信号进行计算, 得到无爆震时的爆震因子KF2为0.837 3, 明显爆震时的爆震因子KF1为5.037 2。计算结果表明:无爆震与明显爆震工况下的爆震因子是唯一确定的, 不会受主观经验的影响;不同爆震强度下的爆震因子大小存在着较明显的差异, 与相应的爆震状态相对应。该计算方法简便, 计算效率高。
摘要：为解决利用爆震因子作为电控二冲程煤油发动机缸内压力信号爆震强度判定依据的问题, 提出了基于经验模态分解的爆震因子计算方法。该方法对电控二冲程煤油发动机缸内压力信号进行经验模态分解, 自适应地得到若干内禀模态函数分量与残余函数。对内禀模态函数分量利用快速傅里叶变换得到爆震高频信号分量, 选取残余函数峰值对应的曲轴转角作为爆震窗口的起始点及参考窗口的终点, 将高频信号分量绝对值进行积分, 计算爆震窗口和参考窗口内的高频信号分量的积分能量比, 得到爆震因子。通过大量缸内压力信号的爆震因子计算分析, 结果表明:基于经验模态分解的爆震因子计算方法快速有效, 同时可有效解决Siemens VDO算法的低通与带通滤波器设计时存在的关键参数主观经验选取的问题。
关键词：内燃机,爆震因子,经验模态分解,内禀模态函数,电控二冲程煤油发动机
参考文献
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煤油发动机 第2篇
液氧/煤油发动机涡轮泵密封材料的研制
通过预制体、复合工艺路线及参数的选择,进行了高压补燃液氧/煤油发动机涡轮泵用高性能C/C密封材料的研制,分析了预制体、复合工艺对材料性能的.影响.结果表明,以针刺无纬布为预制体,进行CVD碳、树脂碳和沥青碳致密,最高热处理温度为2 500℃,最终进行封孔处理所制备的C/C复合材料综合性能良好,其密度为1.92g/cm3,开孔率0.06%,轴向压缩强度232 MPa,轴向弯曲强度158 MPa,肖氏硬度为77.该密封材料构件成功通过液氧/煤油发动机热试车考核,显示出了在该领域的应用前景.
作 者：解惠贞 崔红 郝志彪 李瑞珍 段建军 Xie Huizhen Cui Hong Hao Zhibiao Li Ruizhen Duan Jianjun 作者单位：西安航天复合材料研究所,西安,710025刊 名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY年，卷(期)：36(5)分类号：V2关键词：C/C复合材料 密封材料 液氧/煤油发动机
煤油灯随笔 第3篇
煤油灯的做法也异常简单。先到公社医院后面的垃圾堆里捡回一个不大不小的空药瓶，然后到王麻子的铁匠铺里要来一小块薄薄的铁片，最后再向妈妈要一张上好的火纸，这就算备齐做煤油灯的所有材料了。
煤油灯最主要的是灯芯。先把火纸平铺在桌子上，从一端向前均匀用劲卷成直筒状，再反复捻卷数次，让其细如豆秆，捏起来感到硬挣挣的。卷好的灯芯要紧紧捏在手里，以防其回劲，然后将其用薄铁皮紧紧卷起来，剪出略长于药瓶半寸许即可。灯芯底部的火纸一定要露出来一点儿，这样才能保证瓶里的煤油完全燃尽。做好了灯芯，等到妈妈做饭时把火叉烧红了，用其在瓶盖上烫钻出一个眼儿，顺孔把铁皮包卷的灯芯插进去。为防止油灯在使用过程中，灯花落下来烧毁塑料的瓶盖儿，还要仿照药瓶盖子的大小，剪出一个圆形的铁片，中间钻圆眼儿，套盖在瓶盖上。
做灯的过程很富有成就感，因为上午它还是一个躺在垃圾堆上的小药瓶，可到晚上就成了一盏口吐火苗的油灯，而且整个家里都满溢着它带来的光亮，总会让我幼小的心灵产生由衷的喜悦和骄傲。
油灯在使用之前，灯芯要先润透煤油，为的是保护灯芯不被烧损。方法是，当瓶里倒入一大半油后，只要把浸泡了一会儿的灯芯拿出来，倒竖着放一会儿，煤油便会把整个灯芯润透，因为火纸的吸附力很强。油灯第一次被点着，可以听见灯芯滋滋吮吸煤油的微响，闻见屋子里飘着的淡淡的煤油气味。
妈妈做简易的油灯更快，分把钟即可搞定。有时遇到家里的油灯坏了，她立刻拿出一小团棉花，捻出半长麦管粗细的白线儿，再取一小碗，倒入一两麻油，用筷子夹起棉线在油里泡泡，捞出来，一头搭在碗沿边儿，点着了就行了。满屋子的黑暗，一会儿就被这一豆火苗撵出了门。看着白碗里的灯芯，我想到的是春天泥土里白胖胖的草根，那火苗可不就是随风摇曳的嫩叶吗?
吃饭了，一家人围着一盏灯火，津津有味地喝着芋头粥，吃着玉米饼，就着老咸菜。后面的墙上，放大的人影起伏着。寂静的是那油灯的火苗，它呈长腰的三角形状，里焰亮黄，外焰橘黄，尖端逐渐由橘红变成淡灰，继而袅袅成墨黑，最后无声地融入了黑夜。偶尔，油灯灯芯上还会结出灯花，大如荠菜花的花瓣，红艳灼目。妈妈见了，总会笑着说：“看看，怪不知我今天左眼皮直跳呢，原来明天我家要来亲戚了!”
儿时的我一直都是跟着奶奶睡的。奶奶很疼我，每年刚一入冬，她就会用帆布缝制成一个大口袋，里面装上麦穰儿，铺在床上当床垫。晚上躺在上面，如同睡在麦穰堆里一样暖和。奶奶的煤油灯也是我做的，它歪歪地挂在奶奶的床头墙上。临睡前，吹灯的任务是奶奶的。她年纪大了，嘴也瘪了，气力跟不上，很少能一口气就将灯吹灭。
每次吹灯前，奶奶总是要酝酿好长时间，一口气吹过去，火苗儿只是软软地扭了一下腰，又调皮地踮起脚，站在灯芯上。过了一会儿，奶奶憋口气，又噗地吹过去，这一次火苗儿完全脱离了灯芯，但也只是迅速地围绕着灯芯旋转一周，马上又回到了通红的焰心上来了。无奈，奶奶便要我来吹。我微微欠起身，收腹吸气，皱起嘴唇，从床的.另一头吹出一股强劲的气流。火苗儿从腰部开始，“呼啦呼啦”被撕出一个残月般的缺口，正要反弹回灯芯，我突然鼓腹吹出更强的气流。这一次，整个油灯的火焰骤然从底部飞离，如山峰倾斜倒下，瞬间便没入黑潮之中。我听见奶奶长叹了一声，一边用脚给我掖好被子，一边咳嗽着睡去。
煤油的烟很大，在灯下看书久了，第二天鼻孔里便会有一层薄薄的黑油烟，且伴有淡淡的煤油味儿。那时的煤油实行供应制，倘若不够用了，我便到大队拖拉机站去偷柴油来点。柴油油烟更大，火苗只有里焰一点是明亮的，大部分都是橘红色的，火苗的最尖端还有细长的黑烟，炊烟似的抖动着。
每天放晚自习回家，我独自一人穿过一片芦苇荡时，总要无助地往奶奶住的小屋遥望。而我总会看见那扇小窗口闪烁出橘红的灯光来。其实，油灯在奶奶床头的位置，灯光根本照不到南墙的小窗。这是奶奶特意把灯端过来，挂在靠在南墙窗户附近的耙齿儿上的。看见了灯光，我心里便不再害怕，即便是芦苇梢上停宿的夜鸟，突然哇的一声，从头顶急速飞走。
