闭式循环柴油机性能仿真研究

基于GT-Power软件建立了以某型柴油机为动力单元的闭式循环柴油机仿真模型,通过比较仿真结果与实验数据,验证了模型的准确性.改变进气成分、进气温度和系统压力,分析运行结果,给出了进气成分、比热比、进气温度及系统压力对闭式循环柴油机性能的影响规律.     

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NOx、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVLF FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性.通过仿真试验研究甲醇掺混比为20％的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力.研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NOx排放量,可满足国际海事组织TierⅢ排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降.在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NOx、soot和CO排放.经分析,当掺混比为20％、EGR率为10％时,NO排放较原机排放降下76.9％,soot排放量降低40.7％,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化.     

进气氧浓度和EGR对船用二冲程柴油机排放特性影响研究

以MAN 6S35 ME-B9型船用二冲程柴油机为研究对象,在GT-POWER软件中建立其工作过程一维模拟计算模型,通过改变EGR率和进气氧浓度,研究废气再循环和进气氧浓度对柴油机动力性、经济性和排放性能的影响。结果表明,提高EGR率会降低柴油机燃烧速率和燃烧温度,有效降低柴油机NOx生成及其排放,EGR率在28.89%～38.58%之间,NOx排放为3.04～1.34 g/kW·h,满足TierⅢ标准,但需要牺牲一部分经济性与动力性。贫氧进气条件下,燃烧温度和燃烧速率降低,输出功率降低,燃油消耗增加,NOx排放降低,碳烟排放较高;富氧进气条件下,柴油机燃烧趋于完善,能量利用率高,动力性和经济性好,Soot排放低,但NOx排放高。高EGR率条件下,在一定程度上提高进气氧浓度,可使柴油机NOx排放满足TierⅢ排放要求,并维持Soot排放在较低水平,同时减少动力性、经济性的损失。     

超高压进气二冲程内燃机的性能和排放仿真

超高压进气二冲程内燃机(UHPIE)是一种没有压缩冲程,进气为高压压缩空气的新型发动机。为验证UHPIE在性能和排放方面的巨大潜力和优势,使用AVL-boost将一台大型二冲程柴油机模型改变为UHPIE的形式,研究进气持续角、进气温度和进气压力对UHPIE的性能和排放影响。研究发现：较小的进气持续角、较低的进气温度和较高的进气压力有利于提升UHPIE的指示热效率,同时NOx和Soot的排放也较低。当进气持续角为10°、进气压力为9.1154 MPa、进气温度为40℃时,UHPIE的指示热效率为51.46%,NOx排放为0.021 g/(kW·h),Soot排放为0.00005 g/(kW·h),在该工况下UHPIE的性能和排放都远优于传统机型。     

增压直喷柴油机螺旋进气的三维模拟

用三维数值模拟的方法研究某四缸直喷柴油机实际增压条件下螺旋进气道的进气过程,并考虑了气体的可压缩性.分别对不同气门升程下气道中流场分布、流量系数以及涡流比的变化进行了分析.指出当进气速度大于当地音速时应对流量系数的计算值进行修正,并与稳态试验结果对比,结果吻合良好,为研究增压进气过程对性能与排放的影响提供了参考.     

可控进气涡流技术对某船柴油发电机组动态性能影响分析

某船柴油发电机组在实船系泊试验期间,动态性能与出厂试验存在差异,分析其原因是柴油机突加负载后工作循环内空气供给量不足。结合该型柴油机进气系统配置,对其采用的可控进气涡流技术原理进行研究,找出空气供给量不足的起因,对比开启可控进气涡流阀门前后的试验现象和数据,指出该技术在柴油发电机组动态性能发挥中的局限性,并提出改进建议,以供其他船舶解决相似问题借鉴和参考。     

高排气背压柴油机配气相位优化仿真及试验研究

搭建某16 V增压柴油机的一维仿真GT-power模型,并通过试验数据对模型进行标定。分别对柴油机在高排气背压下工作时,进气早开角、进气晚关角、排气早开角和排气晚关角对柴油机性能的影响进行了计算和分析,并且借助多学科设计优化软件Isight,采用改进的非支配排序遗传算法对配气相位进行了多目标优化。最后在寻优结果的基础上,进行试验研究。结果表明高排气背压下工作的柴油机,配气相位优化的主要方向是通过减小进气早开角和排气晚关角以减小气门叠开角,从而减小高排气压力对缸内废气倒灌以及进气道倒灌的影响;在降低涡前排温的同时,由于充气效率的降低,会导致柴油机的燃油消耗率升高;通过多目标优化对配气相位优化后,涡前排温降低了10.9℃,有效地改善了柴油机在高排气背压下的热负荷问题。     

6200ZLC型柴油机增压系统强化研究

介绍6200ZLC型柴油机增压系统强化的途径。通过分析增压系统的强化因素,认为提高增压度并且降低进气温度,可充分利用废气能量提高进气压力,提高废气涡轮增压柴油机的通流能力以及加大进气总管的容积是影响增压效果的主要原因。结合柴油机与增压器配合特性的调整,达到了提高柴油机输出功率的目的。     

进气挡板对TBD620柴油机燃烧过程的影响分析

通过实测示功图计算燃烧放热率,根据TBD620柴油机的进气涡流挡板对柴油机燃烧过程的影响测试,获取数据。得出在低负荷下,关闭进气涡流挡板,可提高进气涡流比,有效改善缸内可燃混合气形成质量,缩短滞燃期、增强预混燃烧比例。     

大功率高增压柴油机性能改进研究综述

介绍了上海交通大学内燃机性能学组在高增压柴油机性能改进研究方面的成果,包括二次进气系统、扫气旁通系统、顾氏系统、自动变进排气供油正时系统和一式脉冲转换器涡轮增压系统。     

涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态特性仿真与试验研究

基于管内一维非定常流动和缸内容积法,搭建了废气涡轮增压柴油机仿真平台,其中包括气缸模型、进排气管路模型、涡轮增压模型、中冷器模型及喷油控制模型。进行了脉冲负载下废气涡轮增压柴油机瞬态工作过程模拟计算,结果显示,仿真值与试验数据有较好的一致性。同时,得到了涡轮增压柴油机在脉冲负载下的瞬态工作特性,并提出了一些脉冲负载下改进涡轮增压器和柴油机匹配的措施。     

一种可变启喷压力喷油器的结构设计

根据不同启喷压力下柴油机喷油特性的仿真计算,分析不同启喷压力下喷油特性的变化规律,设计出一种可变启喷压力的喷油器,在柴油机处于不同工况的情况下,可以改变喷油器的启喷压力,使柴油机燃烧特性得到改善.     

船用柴油机节能减排技术发展思路

高温和富氧既是柴油机气缸内燃烧所需要的条件,也是氮氧化合物生成的因素。该文建议通过柴油机燃烧机理分析寻求既保持柴油机高效工作,又能降低氮氧化合物的解决方案,并提出开展船用柴油机再制造以提高资源利用率。     

基于虚拟样机的柴油机配气机构运动学动力学仿真分析

采用PRO/Engineer与ADAMS软件建立了16VPA6STC柴油机配气机构系统的完整数字化虚拟样机原型与多体动力学分析模型,在此基础上对该配气机构进行了系统动态特性仿真分析,得到了进,排气阀等关键部件的位移、速度、加速度以及受力等运动学和力学参数.通过理论数据和仿真数据对比,验证了动力学模型的正确性,分析了不同速度对气阀的影响,为进一步有限元结构分析以及系统优化提供了基础.     

基于神经网络对电控柴油机运行特性影响因素仿真研究

基于AVL-BOOST软件仿真平台建立某船用四缸柴油机仿真模型,标定后的模型进行柴油机全工况仿真计算.仿真出来的3 200组数据作为人工神经网络输入数据,采用贝叶斯统计方法对网络进行训练建立2层的反馈神经网络仿真模型.并分别通过实验、AVL-BOOST和神经网络数据曲线的对比分析,验证人工神经网络预测的准确性.利用验证好的人工神经网络模型预测进排气压力对柴油机转矩的影响,以及预测压缩比和供油定时对柴油机排放性能和动力性能的影响,最后利用扰动法分析不同工况下柴油机各个参数对柴油机性能的影响程度.     

2940 kW全回转拖轮主机曲轴轴瓦烧坏故障分析及修复工艺

大功率拖轮在实施重载拖航作业的过程中,发生主机曲轴轴瓦烧坏故障的主要原因是船舶操纵人员没有理解船舶主机的推进特性原理,盲目加速致使主机超负荷。故障柴油机在曲轴轴颈磨削量超出柴油机生产厂许可的最大磨削尺寸,可采用特配非标准轴瓦的修复工艺。     

进气压力对柴油微引燃乙醇发动机的影响

基于单缸四冲程柴油机,对在船舶上具有应用前景的柴油微引燃乙醇发动机进行燃烧、性能及排放特性研究。以所采用发动机中能实现压燃着火的最小柴油量为固定引燃柴油喷射量,比较进气压力分别为0.15 MPa和0.20 MPa的工况组,通过改变柴油喷射时刻来进行工况扫描。结果显示:进气压力更大的工况,着火滞燃期更短,燃烧持续期更长,指示热效率更低;存在两阶段着火的工况点,第一阶段放热的占比更大;进气压力增大时,氮氧化物(NOX)排放更低,但未燃碳氢(UHC)与一氧化碳(CO)排放更高。     

船用柴油机性能指标分解与评估系统设计

船用柴油机性能评估对柴油机设计研发、关重件改进优化、性能提高具有十分重要的意义。为科学系统地对柴油机性能进行总体评估,本文针对柴油机八大性能指标,研究船用大功率柴油机主要性能指标的分解方法和各指标的响应关系。按照主要性能指标分解流程,完成柴油机性能评估系统的功能模块设计。开发基于Netty的用户端与服务器之间的通信框架,实现快速调用第三方专业计算软件以及与数据高频互传,大大提高了评估系统的数据响应和评估效率。以某型柴油机为例,对评估系统功能模块进行验证,为我国船用大功率柴油机实现“同步设计,同步评估”提供参考。     

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).     

基于压力识别的船舶柴油机状态评估方法综述

气缸压力是表征柴油机运行状态的重要性能指标之一，利用间接法识别气缸压力成为柴油机状态评估的有效方法。详细介绍了通过缸盖振动信号和瞬时转速信号识别压力的各种方法，以及针对柴油机系统的非线性利用神经网络进行压力识别的可行性和实用性；另外，在未知气缸压力的前提下识别气缸压力也成为一个新的研究方向。