随着能源短缺和环境污染问题的日益凸显,推动了气体燃料发动机的应用与发展,而天然气发动机由于排放污染小能源储备充足的优势,成为市场应用最广泛的气体燃料发动机。随着国六排放标准的实施,天然气发动机的排放技术方案由稀燃调整为理论空燃比,当量燃烧下增加了发动机爆震发生的可能性。当量燃烧下的爆震检测和识别是内燃机当前亟待解决的问题。本文以发动机爆震处理芯片在轻微爆震状态下识别精度较差为研究出发点,以某款满足国六排放标准的天然气发动机为研究对象,开展了爆震燃烧特性的试验研究和爆震识别算法的研究。本文研究工作对完善天然气发动机爆震控制和提升热效率具有较重要的工程应用价值,对深化发动机爆震的理论研究具有较重要的学术意义。本文设计并搭建了天然气发动机试验台架系统,包括台架主体、爆震测试系统、燃气供给系统、冷却水循环系统及监测控制系统等。基于天然气发动机试验台架系统开展了天然气发动机的爆震燃烧试验研究,重点开展了爆震燃烧特性分析以及不同点火提前角和EGR率对爆震燃烧特性的影响研究。试验研究结果表明,缸压信号可以有效体现出爆震特征,而爆震传感器信号在某些轻微爆震状态下,较难以识别爆震的发生;增大点火提前角会增大发动机爆震发生的概率和爆震强度,而增大EGR率可以有效抑制爆震的发生。开展了爆震识别算法的研究。使用基于AR模型的Burg算法进行功率谱密度估计,确定本研究发动机的爆震特征频率为8k Hz-25k Hz。通过分析各识别算法的优缺点,选择小波变换协同VMD算法对爆震传感器信号进行爆震特征提取。运用小波变换算法进行去噪处理,去除特定频率范围外的干扰噪声,得到爆震特征子带信号。基于中心频率确定VMD算法的最佳分解层数和惩罚因子,运用VMD算法对去噪后得到的爆震特征子带信号进行分解,获得爆震特征分量信号,进而完成爆震传感器信号的特征提取。开展了爆震强度判定研究。以MAPO为缸压信号的爆震强度表征参数,对缸压信号进行爆震强度等级划分。并以缸压信号的爆震强度分级结果为参考依据,分析不同时域参数表征爆震强度的性能优劣,提出以爆震特征分量信号的均方根Kr为爆震传感器信号的爆震强度表征参数,并进行了爆震强度分级。最后对爆震传感器信号的判定结果进行验证,研究结果显示,本文所述爆震强度判定方法可以较有效识别爆震发生并判定爆震强度。