Z6170ZLC型LNG-柴油双燃料船用增压发动机性能仿真分析

LNG-柴油双燃料发动机同时存在预混合燃烧和缸内压缩点火燃烧,其性能与原型柴油机有较大的差别.文中基于AVL-Boost发动机性能仿真软件,采用等热值当量处理不同比例的混合燃料,考虑了不同工况预混合LNG燃料对充气效率的影响,采用双韦伯函数燃烧放热率模拟不同比例混合燃料的预混合燃烧和缸内压缩点火燃烧,对比分析了LNG-柴油双燃料增压发动机和原型柴油机的动力性和经济性.研究表明：（1）预混合LNG燃料对充气效率的影响不会导致单点预混合LNG-柴油双燃料增压发动机的动力性下降;（2）相比较原型柴油机,各负荷工况双燃料发动机的燃油经济性均有下降,低负荷工况燃油经济性下降更为严重;（3）高负荷工况掺烧过高比例的LNG燃料将导致气缸压力急剧增加.     

喷雾特性对生物柴油燃烧和排放特性的影响

在手压泵试验台上进行了生物柴油与柴油的喷雾对比试验,在一台单缸直喷柴油机上进行了生物柴油与柴油燃烧和排放性能对比试验.分析了燃料喷雾特性的液滴粒径尺寸分布和特征参数,研究了燃用生物柴油与柴油燃烧和排放规律的差异及其本质原因.研究结果表明:与柴油相比,生物柴油喷雾锥角小,粒子总数少,小直径粒子比例低,最大粒子直径大;在转速为1 500 r*min-1与平均有效压力为0.531 MPa时,生物柴油最大燃烧压力、最大压力升高率以及最大燃烧放热率分别降低了1.91%、30.10%和29.32%,生物柴油燃烧持续期长于柴油;在转速为1 500 r*min-1时,燃用生物柴油HC、CO和烟度排放平均分别降低17.17%、26.73%和37.85%,NOX排放平均增加21.93%.     

柴油机两级相继增压系统设计与匹配试验研究

为改善低工况条件下因增压压力不足而造成柴油机缸内燃烧恶化问题,将两级增压（two-stage turbocharging,TST）与相继增压（sequential turbocharging,STC）技术相结合.首先,通过推进特性试验进行两级相继增压与柴油机匹配计算,确定增压器型号;其次,利用GT-power软件得到增压器与柴油机联合运行曲线,验证方案的可行性;最后,进行台架试验,分析推进特性和负荷特性下两级相继增压对柴油机性能影响.试验结果表明：推进特性条件下,在0～50%负荷区间,采用单涡轮增压（1TC）可以改善燃烧恶化问题;在50%～100%负荷区间,采用双涡轮增压（2TC）能够进一步提高空燃比,改善缸内燃烧,尤其在60%负荷下,燃油消耗率相比原机降低8.08%;两级相继增压模式在低转速、全扭矩及中高转速、高扭矩运行区域,可实现增压器的良好匹配.     

燃用生物柴油增压柴油机的性能和排放

为了在柴油发动机上优化生物柴油的应用,利用发动机台架试验,对比分析了不同掺混比生物柴油对增压直喷柴油机排放、燃料经济性和动力性的影响,在不同转速和负荷下,研究了发动机的碳烟、NOx、CO与HC排放及有效能量消耗率和功率。试验结果表明:与柴油相比,燃用B10、B20、B30、B50、B80和B100生物柴油的发动机碳烟排放平均降低了34.69%,NOx排放平均增加了25.01%,HC排放平均降低了33.05%,CO排放在满负荷下平均增加了11.13%;虽然有效燃料消耗率有所增大,但有效能量消耗率平均降低了2.18%;功率平均增加了5.34%;生物柴油碳烟排放降低的百分比较NOx排放增加的百分比分别提高了7.01%、15.37%、14.17%、10.45%、6.73%和4.39%,因此,B20掺混比最佳。     

掺混生物柴油对相继增压柴油机燃烧性能的影响

为促进生物质能源应用,减轻国家对于化石能源的依赖,以某船用增压柴油机为研究对象,将其改造为相继增压系统柴油机,进行掺混生物柴油燃烧试验,在推进特性25%负荷试验时,生物柴油设置5% ~ 25%共5组配比,研究不同生物柴油配比对柴油机动力性、经济性及排放性的影响. 研究结果表明:在25%负荷时,掺混生物柴油燃烧与纯柴油燃烧相比,相继增压柴油机的动力性下降约6.5%,燃油消耗率增长约9.2%,NO_x排放量降低约9.8%,SOOT排放量降低约76.7%;相继增压柴油机掺混生物柴油燃烧时,其动力性及排放性均优于原机;在25%负荷时生物柴油最佳掺混率为25%,随着生物柴油配比增加其动力性与经济性下降较快,NO_x排放升高,掺混率不宜过高;改造为相继增压船用柴油机后,在一定程度上弥补了掺混生物柴油燃烧带来的不足.      

柴油机进气预混甲醇燃烧特性的试验研究

对一台涡轮增压柴油机进行了改造,实现了柴油机进气预混甲醇双燃料燃烧。利用MATLAB软件编写了基于实测气缸压力的双燃料发动机放热规律计算程序,并对柴油机进气预混甲醇进行了试验研究。结果表明:在低转速全负荷和高转速中低负荷时,随着甲醇掺烧比的增加,柴油滞燃期延长,预混燃烧比例增大,放热率峰值增高,燃烧持续期缩短;在高转速大负荷时,较大的甲醇掺烧比会造成放热始点的大幅提前,放热率呈现多个峰值,出现了压力波动;适当推迟供油可以推迟放热始点并降低放热率峰值和最大压力升高率。     

基于dSPACE平台的柴油机测控系统硬件在环仿真

为了降低柴油机测控系统的开发时间和费用,采用dSPACE硬件在环仿真平台,对柴油机测控系统进行了开发.采用BP神经网络改进了柴油机准稳态模型,使用Matlab/Simulink软件建立了TBD620V12型增压柴油机的改进准稳态模型,并检验了新增的爆发压力模型和滑油压力模型的精度.在dSPACE处理器中运行该仿真模型,并通过输入输出接口板及接口电路将测控系统与dSPACE平台连接,实现了测控系统与柴油机模型的闭环仿真.仿真结果与试验数据对比表明:相对误差小于3%,从而可用硬件在环仿真代替实机试验,缩短了测控系统的开发周期,并降低了开发成本.     

柴油发动机掺烧生物柴油的经济性研究

为了更好地评价柴油机燃用生物柴油的经济性,分析了生物柴油和0#石化柴油的理化性质,分别对生物柴油的体积分数为0.2,0.5,1的B20、B50、B100 3种燃料和0#柴油在495Q3柴油机上进行了试验。试验结果显示燃用3种燃料的燃油消耗率比0#柴油在中小负荷时平均增加5.30%,9.65%,19.04%,大负荷时平均增加2.86%,4.75%,9.64%;能量等值折合油耗率在中小负荷时平均增加2.65%,2.63%,5.74%,大负荷时平均降低0.26%,1.97%,4.80%。     

LPG/柴油双燃料发动机燃烧特性研究

利用AVL－6501发动机燃烧分析仪记录了液化石油气（LPG）／柴油双燃料发动机和原柴油机在不同工况下的示功图并进行了放热规律分析，结果表明：LPG／柴油双燃料发动机与原机相比，低负荷时最高燃烧压力及最高压力升高率较小，高负荷时升高率较大，滞燃期略长，燃烧持续期短，根据这些特征对LPG／柴油双燃料发动机进行调整可获得较好的经济性和动力性效果。     

燃油添加剂对柴油机PM2.5排放影响的试验研究

利用柴油机排放仪和微粒计数器对柴油机燃用含添加剂的正丁醇柴油的颗粒物PM2.5进行净化分析试验。优化实验表明,相同工况下,在相同醇基液情况下,添加剂TJ-03净化效果更好,适当改变0号柴油和添加剂比例,燃油添加剂为CJ-0215-0201的排放PM2.5颗粒物最少;通过全工况实验,总体分析,无论是高功率、大扭矩还是小怠速工况,有燃油添加剂CJ-0215-0201比无任何添加剂0#柴油燃料净化效果好。     

基于T-S模糊模型的船舶柴油机动态辨识

考虑到船舶柴油机模型的非线性和负载的不确定性,用T-S(Takagi-Sugeno)模糊辨识方法建立了船舶柴油机的动态模型。采用模糊聚类简化了T-S模糊规则数的确定和前提中隶属度函数参数的生成,用加权最小二乘算法得出辨识结论中的线性参数。对船舶柴油机在稳态运行工况下作小偏差工况扰动实验,得到在油门尺度和负载变化下柴油机转速、涡轮增压器转速等输出数据,利用该数据建立了描述柴油机动态性能的T-S模糊模型。仿真结果表明,利用该算法能有效地辨识出柴油机转速、涡轮增压器转速、增压压力、空冷器压力等输出在小工况扰动下的变化模型。     

冷EGR系统对柴油机排放影响的试验研究

研究冷EGR(废气再循环)系统对柴油机排放影响的规律。在不同负荷工况下,在涡轮增压柴油机R4105ZD上分别采用热EGR系统、冷EGR系统以及不采用EGR系统进行试验,研究3种试验条件下柴油机NOx、HC和CO的排放规律;通过试验分析EGR冷却温度对NOx排放的影响。试验结果表明:与不采用EGR系统和采用热EGR系统相比,柴油机采用冷EGR系统时,可有效降低NOx和CO的排放,但对HC排放的影响规律不显著;EGR的最佳冷却温度约为55℃。     

基于SolidThinking Inspire的牵引车平衡轴支架结构优化

以某牵引车平衡悬架的平衡轴支架为对象,基于Optistruct求解器建立平衡悬架总成的有限元模型,设置单边跳动、满载制动和满载转弯工况并进行了静力学分析;在SolidThinking Inspire中采用拓扑优化方法,以支架刚度作为优化目标,以支架厚度作为约束条件,对支架进行拓扑优化设计,在CATIA中重新建立优化后的支架模型并进行验证。结果表明:优化后的支架在单边跳动和满载转弯工况下的最大应力分别下降了16.0%与10.3%,满载制动工况下的最大应力升幅为15.4%,减重近12%。     

大小涡轮三级相继增压系统匹配规律研究

提出了大、小2个涡轮增压器的三级相继增压系统,并基于Simuengine建立了该增压系统的仿真模型,以D6114柴油机为基础对仿真模型进行了验证,仿真结果与试验结果能够较好地吻合;对提高平均有效压力的D6114柴油机进行了相继增压的仿真研究,结果表明,与两级相继增压系统相比,在中低转速时,三级相继增压系统的油耗明显降低,供气性能优于两级相继增压系统;对D6114柴油机应用三级相继增压时变转速和定转速情况下的切换规律进行了研究,研究表明,与变转速切换规律相比,在切换点附近,固定转速的切换规律油耗升高不大,故可以应用固定转速切换规律。     

高增压机车柴油机仿真研究

利用GT-POWER搭建了直喷式四冲程增压柴油机的仿真平台,其中包括16缸模型、进排气管路模型、涡轮增压器模型、中冷器模型.并在16V240ZJB型涡轮增压柴油机的基础上进行了标定工况的工作过程模拟计算,计算结果与实验结果的比较,二者吻合良好,误差较小.可见,GT-POWER软件在此领域具有实用性,为柴油机的性能研究提供很大的便利.     

高增压机车柴油机仿真研究

利用GT-POWER搭建了直喷式四冲程增压柴油机的仿真平台,其中包括16缸模型、进排气管路模型、涡轮增压器模型、中冷器模型.并在16V240ZJB型涡轮增压柴油机的基础上进行了标定工况的工作过程模拟计算,计算结果与实验结果的比较,二者吻合良好,误差较小.可见,GT-POWER软件在此领域具有实用性,为柴油机的性能研究提供很大的便利.     

LNG汽车不带自增压系统新的供气方式

1 LNG汽车现行的两种燃料供给方式简介 LNG加液站目前常用的两种燃料供给方式分别为低饱和蒸汽压力方式和高饱和蒸汽压力方式. 所谓低饱和蒸汽压力方式是指LNG汽车在加液后,气瓶中的LNG气液共存空间的压力约为0.35MPa,然后再经LNG气瓶上配置的自增压系统,将气瓶压力增压至0.7-0.8MPa,以保证发动机常规天然气供气系统的进气压力范围要求.该方式可让LNG加注站的BOG(闪蒸汽)形成量降低,车载LNG气瓶的储存量增加.但该方式在LNG气瓶上配置了自增压系统,会导致车载LNG气瓶出现BOG现象,增设自增压系统使管路接头增多,对行车安全和节能降耗造成不利影响.     

船用大型压气机质量流量分区域建模方法

针对查表法外推能力不可靠以及采用单一曲线拟合法时在压气机不同工作区域的预测与外推精度不一致的问题, 提出了一种船用大型压气机质量流量分区域建模方法; 通过定义区域划分函数, 将压气机整个工作区域划分为设计工况区、低转速区、高转速区与低压比区, 通过对比与分析经典的和近年提出的压气机质量流量数学模型的预测和外推精度, 为每个区域选择精度最高的数学模型; 为防止在动态仿真过程中当压气机运行点由其他区进入低压比区时可能出现的不连续间断点, 应用一种曲线融合方法来保证等转速线的平滑过渡; 为验证所提出的建模方法的正确性与有效性, 将其应用于一台船用大型低速二冲程柴油机仿真模型中开展稳态与瞬态仿真试验。研究结果表明: 相比查表法, 提出的建模方法可有效提升主机仿真模型增压器转速的稳态预测精度, 平均绝对百分误差由3.54%下降至0.61%, 在改变主机转速与负载这2种瞬态工况下, 压气机的运行点可平稳、连续地由设计工况区过渡至非设计工况区; 提出的建模方法既能准确预测压气机设计工况区内的已有样本数据点, 又能合理、稳健地外推至非设计工况区, 既可直接应用于涡轮增压发动机的动态仿真研究中, 也可用于离线生成压气机在全工况范围内的性能图谱, 进而应用于商业发动机性能仿真软件中。      

设置排阵式预信号的干线交通信号协调控制优化

为提升干线道路整体的车流运行效率,建立了一种优化设置排阵式预信号的干线交通信号协调控制系统配时方案的双层模型,并提出对应求解算法;双层模型的上层模型为主信号间相位差优化模型,采用遍历搜索算法优化主信号各交叉口间的相位差;下层模型是以通过车辆数、车均延误为优化目标的多目标优化模型,建立了多目标花朵授粉算法(FPA)对其求解;双层模型中的交通参数通过冲击波建模进行关联,通过上下层模型的迭代求得参数的最优解;以设置排阵式预信号后3个连续交叉口为研究对象,应用提出模型优化高、低2种交通需求下的干线道路交通信号协调配时方案,通过SUMO软件测试所选方案的有效性。研究结果表明：该双层模型能够优化设置排阵式预信号的干线交通信号协调配时方案,与传统干线信号协调控制方案相比,提出方法的配时方案在高、低交通需求下系统通过车辆数可分别增加16%～35%与8%～17%,延误分别降低7%～17%与2%～16%;相较于粒子群优化(PSO)算法与二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),FPA达到指定精度要求的迭代次数分别减少13和24次。通过仿真结果可知,所提出模型可进一步提升高需求状况下道路的运行效率。     

汽车空调冷凝器散热边界需求分析

针对车辆前端散热最恶劣的怠速工况,采用AMESim对汽车空调系统进行建模,通过仿真手段和空调台架试验分析了高、低空调负荷工况下冷凝器的散热边界需求,结果表明:系统模型与整车降温结果最大误差小于1℃,满足实际应用需求;冷凝器的散热能力对汽车空调系统高压压力的影响最大,其次是空调系统能耗,对整车空调的制冷能力影响有限。