燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。     

基于BOOST船用柴油机热工故障仿真研究

利用BOOST仿真软件,建立电控化改造后的4190型柴油机工作过程数学模型。该模型的燃烧放热模块采用MCC燃烧模型,传热模块选用Woschni 1978模型,并用该电控柴油机试验数据验证模型的可靠性。结果表明,仿真计算与实验值误差均在2%以内。在此基础上,结合中速电控柴油机的特点,对柴油机在额定工况下喷油定时故障、喷油器喷孔磨损、单缸停油、中冷器效率下降、压气机效率下降及排气阀关闭定时故障进行仿真计算,探索电控柴油机性能指标与热工参数对不同故障的变化规律,从而为船用中速电控柴油机故障监测、诊断提供可行的依据。     

基于正交—主元分析对柴油机燃烧参数匹配优化

基于电控化改造后的4190柴油机,利用AVL—FIRE软件建立天然气—柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并与原机进行验证。采用正交试验法以指示功率和NOX生成量为优化目标,并对燃烧参数进行匹配,进行仿真试验。利用主成分分析法对仿真结果进行优化分析,将优化结果与正交试验结果对比并最终代入模型进行检验。通过正交—主成分分析得出：柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致,且具有更高的可靠性和准确度。优化后的参数为：天然气替代率45%,进气压力0.224MPa,EGR率12.5%,进气温度335.15K,喷油提前角22.7°对应的指示功率为37.83kW,NOX生成质量分数比原机降低78.73%,比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可以有效地降低NOX排放。     

基于AVL-BOOST某型高背压柴油机增压器 匹配研究

增压器的选型匹配是柴油机整机研发过程中的一项重要工作。文章应用AVL-BOOST软件,建立某型高背压柴油机的工作过程计算模型,依据该模型进行模拟计算和分析,结合相关试验数据,对模型进行标定。通过模拟不同型号增压器对柴油机性能的影响,选取出性能最优的增压器进行试验,通过仿真和试验相结合的方式,验证了AVL-BOOST进行增压器匹配的可行性,提升研发效率,节约试验成本,同时提高柴油机的性能。     

基于正交-主元分析的柴油机燃烧参数匹配优化

为解决船用柴油机改造之后运行参数的组合问题,利用AVL-FIRE软件耦合CHEMKIN建立天然气-柴油双燃料发动机燃烧室高压循环模型,并采用原机进行验证。以指示功率和NOX生成量为优化目标,采用正交试验法对燃烧参数匹配进行仿真试验。采用主成分分析法对仿真结果进行优化分析,将优化结果与正交试验结果相对比,并最终代入模型中进行检验。通过正交-主成分分析得出:柴油机运行参数对低温燃烧影响的主次顺序与正交试验设计基本一致,且具有更高的可靠性和准确度。优化后的柴油机运行参数为:天然气替代率45%;进气压力0.224MPa;废气再循环(EGR)率12.5%;进气温度335.15 K;喷油提前角22.7°。对应的指示功率为37.83 kW,NOX生成质量分数比原机降低78.73%,比极差分析最优组合降低10.92%。该优化方案在保证动力性的前提下可有效降低NOX排放。     

柴油机燃油喷射系统参数优化匹配对NOx排放的影响

基于某船用柴油机燃油喷射系统的电控化改造,利用AMESim和AVL_FIRE仿真软件分别建立燃油喷射系统仿真模型与柴油机缸内燃烧模型,采用一次回归正交试验设计方法对燃油喷射系统参数进行优化,再运用二次回归正交试验设计方法将优化结果与喷油提前角(16°CA~24°CA)匹配优化。研究结果表明,初步优化得到的三组参数组合匹配下的喷油压力均高于105 MPa,经过再次优化的8×0.26 mm-15.0 mm-0.46 mm/°CA-900 mm-20.02°CA(喷孔数×孔径—柱塞直径—凸轮型线速度—油管长度—喷油提前角)参数组合下NO_X排放量最低,生成的NO_X质量分数为0.089 6‰;通过回归分析建立NO_X排放量数学预测模型精确度较高,测量最优点(以NO_X排放量为优化目标)误差低于3%,可以用于参数优化匹配研究。     

某型船用高压共轨大功率柴油机喷射特性研究

利用AVL公司的HYDSIM软件对某型船用高压共轨大功率柴油机电控喷油器工作过程进行仿真,仿真结果与实际试验数据相一致,表明仿真模型的准确性.通过模型的建立,系统分析了喷孔直径、喷射压力与喷油规律、雾化质量之间的关系.结果表明:喷孔直径和喷油压力都通过燃油流通截面积影响喷射速率和喷雾特性,这为进一步的高压共轨系统燃烧优化打下了坚实的基础.     

废气旁通式涡轮增压系统在特殊柴油机中的应用分析

对现有特殊柴油机进行升功率分析,研究其在满足涡前排温和最高燃烧压力限制值的条件下功率最大提升能力,并通过引入废气旁通技术研究功率提升后的柴油机性能.采用GT-power一维分析软件搭建系统仿真模型并进行试验标定,研究升功率背景下柴油机工作性能,分析废气旁通式可调涡轮增压系统对升功率的适应性.研究结果表明,最高燃烧压力是...     

电控柴油机燃油系统参数匹配对油耗率的影响

基于某船用四冲程柴油机的电控化改造,利用AMESim及AVL_FIRE软件建立电控组合泵单缸燃油喷射系统模型和缸内高压循环模型。采用一次回归正交试验设计方法对燃油喷射系统参数进行优化匹配和显著性检验;采用二次回归正交试验设计方法对优化结果与油束夹角进行匹配优化。结果表明:初优化得到的三组参数组合都满足设计压力为105 MPa的要求;再优化得到的8个×0.26 mm-15.0 mm-0.46 mm/(°)-900 mm-150°(喷孔数×孔径-柱塞直径-凸轮型线速度-油管长度-油管直径-油束夹角)参数组合下的油耗率最低为0.191 0 kg/(kW·h);通过回归分析得到的油耗率预测模型可准确预测油耗率,使研究周期大大缩短。     

船用电控柴油机燃油共轨系统与轨压力仿真

以7RT-Flex60C船用柴油机燃油共轨系统为仿真对象,设计系统各组成部件数学模型,采用矩阵实验室/动态仿真模块(Matlab/Simulink)搭建该系统仿真模型.通过对仿真数据与台架试验数据进行对比,验证模型准确、有效.在此基础上,利用所搭建的仿真模型分析燃油共轨压力、喷油量和共轨管容积对共轨管轨压力波动产生的影响,获得了令人满意的仿真效果.仿真结果可为船用电控柴油机燃油共轨系统的设计、优化以及柴油机的日常管理提供参考.     

船舶柴油机新型电控式气缸润滑系统驱动扭矩试验研究

由于在船舶柴油机一种新型电控式气缸润滑系统研发的过程中,系统中的步进电机出现了堵转、失步或无法带动气缸润滑油注油泵等问题,因此为探索研究驱动注油泵需要的力矩大小,设计并实施了气缸润滑系统的驱动扭矩试验。试验研究分别讨论了驱动转速、油温、背压、注油单元个数、循环喷油量等因素与驱动扭矩之间的影响关系,为国产新型电子控制式气缸润滑系统中的注油泵和步进电机的选配及推广应用提供数据参考。     

电控单体泵对某型船用柴油机的优化研究

本文通过改变喷油嘴孔径、喷油器启阀压力、单体泵相位差、柴油机冷却水温度进行油耗对比试验,得到负荷特性和推进特性下的经济性最优点,然后通过适当牺牲经济性来改善排放,并与原机进行对比。NOx和CH的浓度都有明显的降低,NOx最大降低79%,CH最大降低达79.7%,表明对传统机械泵柴油机进行电控单体泵改造是降低排放的一种有效措施。     

基于自抗扰技术的船用柴油机转速控制研究

针对电控柴油机转速控制系统存在模型偏差、负载扰动等问题,设计了改进的自抗扰转速控制方法。就常规自抗扰控制非线性函数为分段函数,参数多,不利于实际应用的情况,设计了基于反双曲正弦函数的自抗扰非线性函数。反双曲正弦函数为光滑曲线,调节参数大为减少,理论证明简单。为了提高控制效果,设计了基于齐次有限时间收敛的自抗扰误差反馈控制律,并进行了有限时间收敛性证明。最后,仿真实验表明有限时间收敛的自抗扰算法控制速度快、精度高、抗扰动能力强。     

基于数值试验及实船试航的喷水推进器改型设计

采用基于雷诺时均法的SST湍流模型对"某轴流式喷水推进泵+进水流道+船体"系统进行数值计算,查找出了该喷水推进泵和进水流道设计存在的一些问题。依据该船体阻力、设计航速和主机功率等参数重新对该船喷水推进器进行选型,进而运用三元的方法对喷水推进泵进行设计,利用参数化设计的方法对流道进行设计。采用了数值试验的方法校核新设计的混流式喷水推进器流体动力性能,计算结果表明:新设计喷水推进泵和进水流道性能优异,并且能够较好地满足快速性指标。最后,对改进设计的喷水推进器进行了快速性预报和实船试航,试航结果表明新设计混流式喷水推进器推进航速超过设计航速9.4%,并且数值预报航速与试航结果误差为1.5%,这既验证了设计方法的有效性,也验证了所采用的数值模型的准确性。     

船用柴油机系统的完整建模（英文）

This paper presents a simulator model of a marine diesel engine based on physical, semi-physical, mathematical and thermodynamic equations, which allows fast predictive simulations. The whole engine system is divided into several functional blocks: cooling, lubrication, air, injection, combustion and emissions. The sub-models and dynamic characteristics of individual blocks are established according to engine working principles equations and experimental data collected from a marine diesel engine test bench for SIMB Company under the reference 6M26SRP1. The overall engine system dynamics is expressed as a set of simultaneous algebraic and differential equations using sub-blocks and S-Functions of Matlab/Simulink. The simulation of this model, implemented on Matlab/Simulink has been validated and can be used to obtain engine performance, pressure, temperature, efficiency, heat release, crank angle, fuel rate, emissions at different sub-blocks. The simulator will be used, in future work, to study the engine performance in faulty conditions, and can be used to assist marine engineers in fault diagnosis and estimation(FDI) as well as designers to predict the behavior of the cooling system, lubrication system, injection system, combustion, emissions, in order to optimize the dimensions of different components. This program is a platform for fault simulator, to investigate the impact on sub-blocks engine’s output of changing values for faults parameters such as: faulty fuel injector, leaky cylinder, worn fuel pump, broken piston rings, a dirty turbocharger, dirty air filter, dirty air cooler, air leakage, water leakage, oil leakage and contamination, fouling of heat exchanger, pumps wear, failure of injectors(and many others).     

柴油机喷油泵柱塞穴蚀成因与预防措施研究

针对柴油机柱塞式喷油泵柱塞穴蚀现象,建立喷油泵柱塞偶件模型,利用计算流体力学技术对喷油泵腔内燃油压力场与速度场进行计算,研究柱塞螺旋槽与套筒回油孔处穴蚀形成机理。提出减轻穴蚀影响的预防措施,以提高喷油泵工作效率,延长其使用寿命。     

可变喷油速率的电控单体泵喷射系统控制研究

利用 AMESim软件建立柴油机喷射系统仿真模型,对柴油机的结构参数进行匹配优化,选取5种比较合理的方案,并将其中的两组导入到 AVL-BOOST整机仿真模型中,选取最优的供油定时角。在定喷油量、定供油定时角前提下,将不同喷油速率导入到柴油机仿真模型当中,研究不同喷油速率对柴油机缸内温度、压力、排放、放热率以及油耗和转矩的影响。结果表明：合理的喷油速率和供油定时角能进一步优化柴油机的综合性能,同时选取1组动力性能和经济性比较好的方案,进行柴油机的台架试验,仿真和实验的误差在2%以内。结果表明仿真有助于探索柴油机的综合性能规律。     

基于虚拟仪器技术的燃油喷射测试系统的研制

介绍柴油机燃油喷射测试系统的软、硬件组成及功能,采用该系统对6L16／24柴油机燃油喷射系统的特性进行了测量分析,对比分析不同工况下燃油喷射系统的性能,表明燃油喷射测试系统满足测量精度的技术要求。     

DF_(4B)/DF_(12)型内燃机车风泵惯性烧保险原因分析与解决措施

DF4B/DF12型机车风泵惯性烧保险,严重影响了生产,必须加以解决。详细分析了风泵惯性烧保险的原因。从空气制动系统、风泵保险、线路改造和风泵电机等几方面提出了解决对策。改造取得了良好的效果。     

舰船机舱自动化系统光纤数字传输

本文就光纤数字传输在舰船机舱自动化系统中的应用进行敢探讨，并分析论证了光纤数字传输的多路复用方式。文中阐述了光路系统配置，技术指标确定，光纤传输试验，微机网络匹配以及装置的舰用环境等关键技术。