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。     

柴油机米勒循环结合EGR的性能分析及优化

文章建立了增压柴油机米勒循环结合EGR(废气再循环)的热力学模型,利用模型分析了柴油机设计参数对其性能的影响,为米勒循环结合EGR的增压柴油机参数设计提供了理论依据。研究表明,要使WP7柴油机的热效率和平均有效压力同时提高,增压系统效率需大于0.7。同时,以柴油机转速为1 500 r/min外特性工况点的NO_X排放下降50%、最高爆发压力不超过原机为约束条件,对WP7柴油机参数进行了优化设计。优化结果表明,该方法将有效压缩比从18降低到15.5,再结合12%的EGR率,可以在保持柴油机经济性、动力性与原机基本一致的前提下,将NO_X排放下降50%以上。     

柴油机动态调速过程的仿真分析

以6L80MC柴油机和DGS-8800电子调速器为对象,建立了柴油机传递函数模型和调速器模型.采用Fortran和Minis 5.0仿真软件的混合编程,对柴油机动态调速过程进行了仿真计算,分别讨论了不同比例放大系数、不同积分时间常数和不同微分时间常数对柴油机调速过程的影响.仿真结果表明本文提出的柴油机模型和电子调速器模型对船舶主机的仿真建模过程有重要意义,计算结果对船舶主机的仿真计算具有一定的参考价值.     

基于正交设计的船用柴油机燃烧系统参数匹配及优化

为研究柴油机燃烧系统参数匹配对柴油机动力和排放性能的影响,首先分别利用AVL_BOOST和AVL_FIRE仿真软件建立4190ZLC-2型船用柴油机整机模型和缸内燃烧高压循环模型,然后基于已建模型应用正交试验设计方法安排柴油机进气系统、喷油系统和燃烧室结构尺寸参数匹配仿真计算。研究结果表明,通过极差分析可以得出燃烧系统参数对4190ZLC-2型柴油机性能的影响主次顺序。以柴油机指示功率为评价指标时,参数组合0.26 mm-28°CA-160°-0.9-145 mm-2.6 mm-22 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的指示功率为63.40 k W,比原机仿真值高15%;以NOX排放为评价指标时,参数组合0.30 mm-24°CA-140°-0.4-135 mm-6.6 mm-14 mm(喷孔直径-喷油提前角-油束夹角-涡流比-喉口直径-凸台高度-凹坑半径)对应的NOX排放质量分数为0.015 7%,比原机仿真值低30.2%。     

直喷式柴油机掺烧二甲醚的试验研究

在YC6108Q型柴油机上进行了掺烧二甲醚(DME)的试验研究,试验结果表明,燃用2 0%DME燃料时,柴油机动力性能与原机无差异,燃油系统无泄漏及明显磨损现象,与原机相比,燃用20%DME燃料时NOx以及烟度明显降低,CO排放没有明显变化,HC排放在中间负荷降低,但在高负荷增加.     

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。     

船用中速柴油机热工故障仿真方法研究

文章讲述了从柴油机热工过程的角度,利用AVL-BOOST搭建了4冲程柴油机数值计算的零维模型,对模型的计算结果与实验测试结果进行对比来验证模型的准确性,结果表明,仿真模型在热工参数方面具有很高的准确性。然后分析了柴油机的热工故障的类型,提取了能反映柴油机当前运行状态的特征参数。通过更改模型的相关参数来模拟典型故障,并对仿真结果的合理性进行分析。结果表明,故障仿真的计算结果在趋势上与实际情况是吻合的,可以通过该方法模拟柴油机热工故障。     

6300ZC柴油机进气预混甲醇裂解气改善排放的研究

在不改变6300ZC柴油机结构和参数的基础上,开发了柴油机进气管预混甲醇裂解气的试验装置系统,研究了预混微量裂解气时6300ZC柴油机的排放特性.研究结果表明,当柴油机进气预混甲醇裂解气的质量百分比为2.5%～5.0%时,与原机相比,各负荷下NOX与碳烟排放大幅度改善,HC排放也有明显降低,CO排放略有上升.在高负荷时,NOX排放可降低37.6%,碳烟排放可降低43.5%.     

掺烧生物柴油结合相继增压技术对柴油机性能影响试验研究

本文基于TBD234V6型柴油机,将原单涡轮增压改为双涡轮增压进行掺烧生物柴油试验。配置生物柴油体积掺混比为0%,5%,10%,15%,20%,25%共6组生物柴油掺混比,选取10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%共10个工况点进行试验。结果表明：相继增压柴油机生物柴油掺混比为0时,在10%～40%负荷,较原机相比,最高燃烧压力增大,油耗降低,NOx和Soot排放下降;在50%～100%负荷,最高燃烧压力与原机相比略微下降,燃油消耗率、NO_X和Soot排放略优于原机。但增大生物柴油掺混比,相继增压柴油机最高燃烧压力下降,油耗增加,NOx排放升高,显著改善Soot排放。基于试验数据,建立多目标灰色决策模型,计算得到相继增压柴油机生物柴油最佳掺混比为25%。     

某船用柴油机SCR系统匹配性能试验分析

针对某船用柴油机,在D2试验循环模式下进行原机和加装SCR系统后的性能对比试验,分析SCR反应器在无尿素喷射时对柴油机排气特性和经济性的影响,同时还分析按氮氨比为1∶1进行尿素喷射时SCR系统的工作性能。试验结果表明:柴油机安装SCR系统后,排气背压和排气温度均有所上升;经济性略有下降,额定工况下降低幅度在1%左右;虽然增压器后NOX排气浓度增大,但NOX质量流量下降幅度较大,额定工况下降幅度为12.3%,尿素基本喷射量标定计算应以加装SCR反应器后的柴油机排气参数为依据;NOX加权比排放由原机的12.63 g/k Wh降低到11.52 g/k Wh,降低了8.7%。按氮氨比为1∶1的比例进行尿素喷射时,SCR系统能满足Tire III的NOX排放限值要求。研究结果可为SCR系统设计和尿素喷射量的标定提供一定的指导依据。     

基于SPA的船用柴油机热工故障诊断研究

船用柴油机热工参数蕴含着大量的故障信息,外界干扰小,诊断范围广,具有很好的诊断价值。本文将集对分析应用到柴油机热工故障诊断当中,介绍了集对分析(SPA)的基本理论,在此基础上,建立了基于SPA的柴油机热工故障诊断模型。再利用4190型船用中速柴油机AVL BOOST工作过程仿真模型,进行故障仿真计算,提取了13类热工参数进行分析,获取了基准故障集和待检工作状态集,验证了模型的准确性;同时证明了集对分析在柴油机故障诊断中的可行性,为柴油机故障监测和诊断提供了新方法。     

船舶柴油机曲轴动态强度分析

为准确分析二冲程船舶柴油机工作时曲轴的动态特性,结合Pro/E 3D软件和ANSYS软件对船舶柴油机曲轴、轴承、活塞、连杆等部件进行三维实体有限元建模,采用子结构法对其进行结构缩减,并将结果文件导入EXCITE软件中,建立整个船舶柴油机的轴系非线性多体动力学模型。采用该模型对曲轴进行一个循环的多体动力学计算。将计算结果恢复到曲轴实体有限元精细模型,进行正常工况下曲轴在一个循环内的动应力计算。结果表明,与单体曲轴强度分析方法相比,采用非线性多体动力学方法可获得更接近实际的曲轴载荷的边界条件,提高了船舶柴油机曲轴动态特性计算精度。     

舰船柴油机的模块化建模与仿真

在柴燃联合动力装置半物理仿真平台的研究中，要求建立的柴油机模型能够较准确地反映瞬态过程中各主要参数的变化，满足进行实时仿真对模型的要求，同时具有通用性，以提高仿真模型的重复利用率。使用容积法建立涡轮增压柴油机模型，可以避免准稳态法中流量和压力关系的迭代计算，同时对计算量的要求又在合理的范围内。在大型系统仿真软件Easy5的支持下，采用了模块化的建模和仿真方法，利用已建立的舰船柴油机的模块库，可以连接组合模块建立各种配置的舰船柴油机模型。作为应用实例，建立了相继增压柴油机模型，并进行动态仿真。     

船用高速柴油机多台增压器相继增压计算分析

介绍了多台增压器相继增压系统的工作原理及系统组成,并建立了某船用V型高速柴油机采用四台增压器相继增压的计算模型.计算结果表明,采用多台增压器进行相继增压可以明显地改善柴油机低工况性能,有效地扩大柴油机作为船用主机的低工况运行范围.     

大型低速柴油机性能预测动态模型

性能预测模型及其仿真是柴油机设计、电控和故障诊断研究的重要手段。容积法模型能准确反映缸内压力的变化,但计算耗时长。它具有动态仿真的能力,一般应用于稳态仿真。通过对缸内工作过程和涡轮增压器模型的简化,结合曲柄连杆机构动力学模型,建立了以容积法为基础的涡轮增压多缸柴油机动态模型。缸内工作过程以曲轴转角为计算单位,其他部分以时间为计算单位。模型可观测瞬态过程中各主要参数的变化。以6S60MC型船用柴油主机为例,用MATLAB/SIMULINK实现仿真模型,在XEON3.0G工作站进行仿真。仿真结果显示,模型数据与台架试验数据吻合良好,仿真300 s耗时245.4 s,满足实时仿真的要求。     

船舶电站负荷扰动下轴系瞬时转速的动态仿真

受到大负荷扰动后,船舶电站的参数将发生较大变化.从发电柴油机、电力负荷、发电机及励磁调节系统方面建立柴油机瞬时转速的动态模型,并从气缸做功和负载方面对瞬时转速变化方面进行分析.依据发电柴油机的不同负荷类型,分别从恒定阻抗法、电动机机电暂态过程动态特性、负荷的静态特性三方面进行归类计算,提高了负荷的动态和静态仿真性能,励磁系统则采用三阶实用模型.最后利用Matlab/SIMULINK进行了系统的静态、暂态和动态稳定性分析.     

620V16柴油机曲轴平衡性分析

柴油机的平衡性能是影响柴油机使用性能的重要因素之一．为了找到贴合实际的620V16柴油机曲轴平衡性计算方法,根据620V16柴油机曲轴图纸,建立了曲轴简化模型,运用内燃机动力学的平衡理论,用数学分析法进行计算,得到了平衡块布置位置角度和重径积的计算值为16．59°和13840．247N·mm,实际值分别是16．5°和14961．836,15022．638,13286．404,14635．476N·mm．在与实际值的比较中,角度值贴合实际,重径积值平均差异为4．5％,证明了所采用的方法具有理论指导意义．     

基于改进深度学习算法的船舶柴油机故障诊断技术

随着数据挖掘技术的发展,深度置信网络(DBN)这类深度学习算法被越来越多运用到工程领域。在故障诊断领域,结合DBN强大的自适应特征提取和非线性映射能力,可以摆脱以往对专家经验的依赖。基于此,本文为有效地监测柴油机气缸运行状态,提出一种基于改进深度学习算法的船舶柴油机故障诊断技术。先将原始信号的频域形式输入DBN当中,采用蚱蜢优化算法(GOA)搜索DBN的最优参数组合,并建立起最佳的柴油机气缸故障诊断模型。经测试验证,本文提出的诊断模型能够准确识别柴油机气缸运行状态并进行故障诊断,诊断率可以达到99.5%以上,具有较好的工程实用价值。     

数字式电子调速器调节过程的数学模型及计算实例

建立数字式电子调速器调节过程的数学模型,在已知柴油机相关参数及负荷特性时,通过选定系统的比例增益系数、积分时间常数及微分时间常数值,模拟预测在特定的调节过程中柴油机转速和油门的变化规律及其调节品质,可作为实验台试验时电子调速器参数整定的参考依据。