本書是在總結國家自然科學基金等課題的研究進展和研究成果基礎上，經作者10餘年整理完成的。本書共分6章，分別講述氫燃料內燃機的異常燃燒、氫燃料內燃機電控試驗系統、氫燃料內燃機的異常燃燒信號分析與診斷、氫燃料內燃機異常燃燒的抑制方法、氫燃料內燃機的NOx排放及控制技術、氫燃料內燃機燃燒過程的最佳化控制技術.
基本介紹
- 書名：節能減排與可再生能源叢書:氫燃料內燃機異常燃燒與最佳化控制技術
- 出版社：科學出版社
- 頁數：148頁
- 開本：5
- 定價：45.00
- 作者：楊振中 王麗君
- 出版日期：2012年12月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787030361516
內容簡介,圖書目錄,文摘,
內容簡介
《氫燃料內燃機異常燃燒與最佳化控制技術》可供從事氫燃料內燃機、氫能動力套用、代用燃料氣體發動機研究的博士及碩士研究生、高等學校相關專業的教師、相關科研院所和企業的科技人員參考。
圖書目錄
第1章 氫燃料內燃機的異常燃燒
1.1 氫燃料內燃機異常燃燒的基本概念
1.1.1 氫燃料內燃機異常燃燒的分類
1.1.2 氫發動機異常燃燒的基本概念
1.2 氫發動機的異常燃燒機理
1.2.1 氫發動機早燃現象
1.2.2 氫發動機的回火現象
1.2.3 氫發動機的燃燒循環變動
1.2.4 氫發動機燃燒初期的壓力升高率太高現象分析
1.2.5 早燃與燃燒反應速率的關係
1.2.6 氫發動機狀態參數對回火的影響
1.2.7 早燃與回火的關係
第2章 氫燃料內燃機電控系統與試驗系統
2.1 氫燃料內燃機試驗系統
2.1.1 氫燃料內燃機試驗系統概況
2.1.2 氫供應系統
2.1.3 氫發動機測試系統
2.2 氫燃料發動機電控系統硬體設計過程
2.2.1 氫燃料發動機對電控系統的要求
2.2.2 氫燃料發動機電控系統硬體設計過程
2.3 氫燃料內燃機電控系統硬體設計
2.3.1 氫燃料內燃機電控系統硬體的總體設計
2.3.2 氫燃料內燃機異常燃燒的檢測方法與硬體設計
2.4 氫燃料內燃機最佳化控制策略
2.4.1 最佳化控制思想
2.4.2 最佳化控制策略
2.5 氫燃料內燃機電控系統軟體設計
2.5.1 主程式設計
2.5.2 軟體架構與軟體執行
2.5.3 主要模組設計
第3章 氫燃料內燃機異常燃燒的抑制方法
3.1 進氣道中引入部分氣體形成預混合氣或平行進氣方案
3.2 廢氣再循環方案
3.3 進氣歧管噴水方案
3.4 液氫供氫系統
3.5 採用缸內噴射方式供氫
3.6 最佳化噴氫正時和點火正時
3.7 多路並行噴氫方式與異常燃燒控制方法
3.7.1 延時噴氫、並行多路噴氫系統及噴氫控制策略
3.7.2 早燃發生後的抑制方案
3.7.3 回火發生後的抑制方案
第4章 氫燃料內燃機的異常燃燒診斷
4.1 發動機診斷技術的研究現狀
4.2 基於提升小波的早燃信號分析
4.2.1 提升小波基本理論
4.2.2 仿真結果與分析
4.3 利用提升小波包分析過量空氣係數對異常燃燒的影響
4.3.1 提升小波包原理
4.3.2 過量空氣係數對異常燃燒的影響
4.4 氫發動機異常燃燒的經驗模態分解
4.4.1 EMD的基本理論
4.4.2 氫發動機壓力信號的EMD分解
4.5 基於徑向基函式網路的氫發動機異常燃燒診斷
4.5.1 徑向基函式網路診斷異常燃燒流程
4.5.2 由異常燃燒提取RBF學習樣本
4.5.3 RBF網路的訓練
4.5.4 氫發動機異常燃燒故障診斷研究實例
4.6 基於曲軸位置信號瞬時角加速度的異常燃燒診斷
4.7 基於進氣壓力感測器的回火診斷
4.8 基於貝葉斯網路的點火故障診斷
4.9 基於CFD模擬的回火診斷
第5章 氫燃料內燃機監測系統的構建
5.1 虛擬儀器技術
5.2 虛擬儀器系統的構成
5.2.1 虛擬儀器的硬體裝置
5.2.2 虛擬儀器的軟體系統
5.3 圖形化程式語言LabVIEW
5.4 氫燃料發動機監測的設計
5.4.1 氫發動機常用感測器
5.4.2 發動機信號採樣分析定理
5.4.3 數據採集卡
5.4.4 氫發動機監測系統的軟體平台
第6章 氫燃料內燃機的NO2排放特性及控制技術
6.1 NO2產生的機理
6.2 NO2排放特性
6.2.1 K5A氫發動機的NO2排放特性
6.2.2 氫發動機和汽油機NO2排放量的比較
6.3 NO2排放量控制策略
6.4 NO2排放量控制技術
6.4.1 採用稀薄混合氣快速燃燒技術
6.4.2 最佳化供氫方式與噴氫正時、點火正時等參數
6.4.3 套用廢氣再循環或進氣管噴水
第7章 氫燃料內燃機燃燒過程的最佳化控制技術
7.1 氫燃料內燃機的最優控制模型
7.2 分工況與多目標的氫內燃機的最佳化控制方法與技術
7.2.1 建立分工況的目標函式與約束條件
7.2.2 氫發動機雙模式控制方法與技術
7.2.3 雙模式控制系統軟體設計
7.2.4 改進的模糊神經網路模型
7.2.5 模糊神經網路求解最優控制模型
7.2.6 計算結果和試驗結果的對比及分析
7.3 氫內燃機的多目標集成最佳化控制方法與技術
7.3.1 基於遺傳算法的多目標集成最佳化控制設計
7.3.2 計算結果與試驗結果的對比與分析
7.4 基於非線性規劃理論和遺傳算法的最佳化控制方法與技術
7.4.1 多約束轉化為無約束
7.4.2 多目標轉化為單目標
7.4.3 遺傳算法求解
7.4.4 計算結果與試驗結果的對比與分析
1.1 氫燃料內燃機異常燃燒的基本概念
1.1.1 氫燃料內燃機異常燃燒的分類
1.1.2 氫發動機異常燃燒的基本概念
1.2 氫發動機的異常燃燒機理
1.2.1 氫發動機早燃現象
1.2.2 氫發動機的回火現象
1.2.3 氫發動機的燃燒循環變動
1.2.4 氫發動機燃燒初期的壓力升高率太高現象分析
1.2.5 早燃與燃燒反應速率的關係
1.2.6 氫發動機狀態參數對回火的影響
1.2.7 早燃與回火的關係
第2章 氫燃料內燃機電控系統與試驗系統
2.1 氫燃料內燃機試驗系統
2.1.1 氫燃料內燃機試驗系統概況
2.1.2 氫供應系統
2.1.3 氫發動機測試系統
2.2 氫燃料發動機電控系統硬體設計過程
2.2.1 氫燃料發動機對電控系統的要求
2.2.2 氫燃料發動機電控系統硬體設計過程
2.3 氫燃料內燃機電控系統硬體設計
2.3.1 氫燃料內燃機電控系統硬體的總體設計
2.3.2 氫燃料內燃機異常燃燒的檢測方法與硬體設計
2.4 氫燃料內燃機最佳化控制策略
2.4.1 最佳化控制思想
2.4.2 最佳化控制策略
2.5 氫燃料內燃機電控系統軟體設計
2.5.1 主程式設計
2.5.2 軟體架構與軟體執行
2.5.3 主要模組設計
第3章 氫燃料內燃機異常燃燒的抑制方法
3.1 進氣道中引入部分氣體形成預混合氣或平行進氣方案
3.2 廢氣再循環方案
3.3 進氣歧管噴水方案
3.4 液氫供氫系統
3.5 採用缸內噴射方式供氫
3.6 最佳化噴氫正時和點火正時
3.7 多路並行噴氫方式與異常燃燒控制方法
3.7.1 延時噴氫、並行多路噴氫系統及噴氫控制策略
3.7.2 早燃發生後的抑制方案
3.7.3 回火發生後的抑制方案
第4章 氫燃料內燃機的異常燃燒診斷
4.1 發動機診斷技術的研究現狀
4.2 基於提升小波的早燃信號分析
4.2.1 提升小波基本理論
4.2.2 仿真結果與分析
4.3 利用提升小波包分析過量空氣係數對異常燃燒的影響
4.3.1 提升小波包原理
4.3.2 過量空氣係數對異常燃燒的影響
4.4 氫發動機異常燃燒的經驗模態分解
4.4.1 EMD的基本理論
4.4.2 氫發動機壓力信號的EMD分解
4.5 基於徑向基函式網路的氫發動機異常燃燒診斷
4.5.1 徑向基函式網路診斷異常燃燒流程
4.5.2 由異常燃燒提取RBF學習樣本
4.5.3 RBF網路的訓練
4.5.4 氫發動機異常燃燒故障診斷研究實例
4.6 基於曲軸位置信號瞬時角加速度的異常燃燒診斷
4.7 基於進氣壓力感測器的回火診斷
4.8 基於貝葉斯網路的點火故障診斷
4.9 基於CFD模擬的回火診斷
第5章 氫燃料內燃機監測系統的構建
5.1 虛擬儀器技術
5.2 虛擬儀器系統的構成
5.2.1 虛擬儀器的硬體裝置
5.2.2 虛擬儀器的軟體系統
5.3 圖形化程式語言LabVIEW
5.4 氫燃料發動機監測的設計
5.4.1 氫發動機常用感測器
5.4.2 發動機信號採樣分析定理
5.4.3 數據採集卡
5.4.4 氫發動機監測系統的軟體平台
第6章 氫燃料內燃機的NO2排放特性及控制技術
6.1 NO2產生的機理
6.2 NO2排放特性
6.2.1 K5A氫發動機的NO2排放特性
6.2.2 氫發動機和汽油機NO2排放量的比較
6.3 NO2排放量控制策略
6.4 NO2排放量控制技術
6.4.1 採用稀薄混合氣快速燃燒技術
6.4.2 最佳化供氫方式與噴氫正時、點火正時等參數
6.4.3 套用廢氣再循環或進氣管噴水
第7章 氫燃料內燃機燃燒過程的最佳化控制技術
7.1 氫燃料內燃機的最優控制模型
7.2 分工況與多目標的氫內燃機的最佳化控制方法與技術
7.2.1 建立分工況的目標函式與約束條件
7.2.2 氫發動機雙模式控制方法與技術
7.2.3 雙模式控制系統軟體設計
7.2.4 改進的模糊神經網路模型
7.2.5 模糊神經網路求解最優控制模型
7.2.6 計算結果和試驗結果的對比及分析
7.3 氫內燃機的多目標集成最佳化控制方法與技術
7.3.1 基於遺傳算法的多目標集成最佳化控制設計
7.3.2 計算結果與試驗結果的對比與分析
7.4 基於非線性規劃理論和遺傳算法的最佳化控制方法與技術
7.4.1 多約束轉化為無約束
7.4.2 多目標轉化為單目標
7.4.3 遺傳算法求解
7.4.4 計算結果與試驗結果的對比與分析
文摘
著作權頁：
鑒於氫燃料內燃機容易產生早燃、回火等異常燃燒，因此異常燃燒的機理、早燃與回火之間的關係、抑制異常燃燒的方法與技術以及解決異常燃燒與發動機其他性能指標之間矛盾的最佳化控制理論方法與技術的研究均是徹底消除異常燃燒所必須進行的工作。此外，開展異常燃燒的診斷，特別是早期、靈敏及快速的診斷方法也是解決異常燃燒問題的基礎。但是異常燃燒的診斷，特別是能夠獲得異常燃燒早期信號徵兆的診斷研究還很不充分，關於鑑別性診斷的研究還有待於深入。本章僅對目前的氫燃料發動機異常燃燒診斷技術進行了一些總結與分析，主要包括用提升小波和經驗模態分解進行早燃信號的分析，利用提升小波包分析過量空氣係數對異常燃燒的影響，基於曲軸位置信號瞬時角加速度的異常燃燒診斷，基於進氣壓力感測器和CFD模擬的回火診斷及基於貝葉斯網路的點火故障診斷等內容。
4.1 發動機診斷技術的研究現狀
為了更好地了解發動機的工作狀態，使發動機保持良好的工作狀態，有效實現故障早預報，國內外很多學者開展了發動機的監測及故障診斷技術的研究。何勇等將專家系統、神經網路和多媒體技術相結合，用計算機模擬建立故障診斷樹，由診斷樹提煉出訓練樣本，提供給神經網路學習，學習結束後生成的權值和閾值組成知識庫。該項技術克服了傳統故障診斷方法的不足，提高了系統的智慧型化水平。劉永建等將蟻群算法與神經網路相結合，提出了一種改進的神經網路系統，用於航空發動機的性能趨勢分析和故障診斷。利用蟻群算法最佳化神經網路連線權初值，參數的選取不再靠經驗隨機選取而具有更強的科學性。Stankvoil等介紹了燃燒缸體內多重共振信號和相應的結構聲信號的時頻分析。利用維格納分布工具，研究了溫度函式在燃燒室的瞬時頻率和用於爆震檢測能量的組成部分，計算延時小於單個燃燒循環的持續時間。這可以提供一個有效的和準確的火花點燃式汽車發動機的燃燒控制。研究結果可以用來測試從壓力到聲音信號的系統傳遞函式的數學模型。這些信號在建立一個可靠的關係後，只有聲音信號的參數研究可用於燃燒的觀察。根據過程以及壓力信號的能量共振，聲音信號的能量可以用於爆震檢測。研究表明，整個過程中瞬時頻率非常重要，因為它所反應的是燃燒室中溫度的變化。
鑒於氫燃料內燃機容易產生早燃、回火等異常燃燒，因此異常燃燒的機理、早燃與回火之間的關係、抑制異常燃燒的方法與技術以及解決異常燃燒與發動機其他性能指標之間矛盾的最佳化控制理論方法與技術的研究均是徹底消除異常燃燒所必須進行的工作。此外，開展異常燃燒的診斷，特別是早期、靈敏及快速的診斷方法也是解決異常燃燒問題的基礎。但是異常燃燒的診斷，特別是能夠獲得異常燃燒早期信號徵兆的診斷研究還很不充分，關於鑑別性診斷的研究還有待於深入。本章僅對目前的氫燃料發動機異常燃燒診斷技術進行了一些總結與分析，主要包括用提升小波和經驗模態分解進行早燃信號的分析，利用提升小波包分析過量空氣係數對異常燃燒的影響，基於曲軸位置信號瞬時角加速度的異常燃燒診斷，基於進氣壓力感測器和CFD模擬的回火診斷及基於貝葉斯網路的點火故障診斷等內容。
4.1 發動機診斷技術的研究現狀
為了更好地了解發動機的工作狀態，使發動機保持良好的工作狀態，有效實現故障早預報，國內外很多學者開展了發動機的監測及故障診斷技術的研究。何勇等將專家系統、神經網路和多媒體技術相結合，用計算機模擬建立故障診斷樹，由診斷樹提煉出訓練樣本，提供給神經網路學習，學習結束後生成的權值和閾值組成知識庫。該項技術克服了傳統故障診斷方法的不足，提高了系統的智慧型化水平。劉永建等將蟻群算法與神經網路相結合，提出了一種改進的神經網路系統，用於航空發動機的性能趨勢分析和故障診斷。利用蟻群算法最佳化神經網路連線權初值，參數的選取不再靠經驗隨機選取而具有更強的科學性。Stankvoil等介紹了燃燒缸體內多重共振信號和相應的結構聲信號的時頻分析。利用維格納分布工具，研究了溫度函式在燃燒室的瞬時頻率和用於爆震檢測能量的組成部分，計算延時小於單個燃燒循環的持續時間。這可以提供一個有效的和準確的火花點燃式汽車發動機的燃燒控制。研究結果可以用來測試從壓力到聲音信號的系統傳遞函式的數學模型。這些信號在建立一個可靠的關係後，只有聲音信號的參數研究可用於燃燒的觀察。根據過程以及壓力信號的能量共振，聲音信號的能量可以用於爆震檢測。研究表明，整個過程中瞬時頻率非常重要，因為它所反應的是燃燒室中溫度的變化。
