基于GT-Power的四冲程柴油机喷油策略优化研究

文章采用台架试验与仿真计算相结合的方法开展研究,利用内燃机一维仿真计算软件GT-Power建立4135型船舶柴油机仿真模型,在完成四冲程柴油机仿真模型验证基础上,研究了喷油定时和喷油持续时间对燃烧及整机性能的影响。结果表明,全负荷工况下,选择-15°CA喷油提前角及30°CA的喷油持续时间可实现更高的功率输出和更佳的燃油消耗率。     

基于功率的缸套冷却水出口温度控制系统的研究

利用传热学的有关理论，对船舶主柴油机缸套冷却水系统的传热机理进行了分析，给出了船舶主柴油机缸套冷却水系统的动态热力数学模型。针对目前船舶主柴油机缸套冷却水系统惯性较大，缸套冷却水出口温度经常超调的特点，提出了在现有的PID反馈控制的基础上，引入以船舶主柴油机输出“功率”作为反映缸套冷却水热负荷扰动的信号的前馈控制，以减小缸套冷却水出口温度的动态偏差。并利用MATLAB仿真进行了验证。     

船舶主机缸套冷却水温度前馈-反馈控制的研究

根据传热学的相关理论,对船舶主机缸套冷却水系统的传热进行分析,给出了系统的热力动态数学模型.针对目前船舶主柴油机缸套冷却水系统惯性较大,缸套冷却水出口温度经常超调的特点,可以在现有的传统PID反馈控制的基础上,引入以船舶主柴油机输出功率作为反映缸套冷却水热负荷扰动的信号的前馈控制,以减小缸套冷却水出口温度的动态偏差,并利用MATLAB仿真进行了验证.结果表明,前馈-反馈复合控制能有效减小最大超调量和缩短调整时间,改善控制效果.     

柴油机配气机构动力学仿真研究

利用三维实体建模软件建立柴油机整机三维实体模型,基于多体动力学理论及相关软件建立柴油机的刚体和刚柔耦合多体动力学模型;改进边界条件,对柴油机配气机构进行运动学、动力学仿真研究,获得了转速波动的柴油机配气机构性能参数;对比刚体与刚柔耦合动力学模型的仿真结果,发现刚柔耦合动力学模型的仿真结果更合理.     

基于乙醇重整燃料发动机建模的基本点火角

为优化发动机控制策略,提升发动机的动力性和经济性,以LJ4K18QS双燃料发动机的点火提前角控制为例,采用GT-Power建模软件进行发动机的建模和仿真,并注入乙醇重整气,进一步构建发动机重整气模型.通过对在重整气模式下各工况点不同点火提前角运行结果的计算进行分析,选择在各工况条件下的最佳点火提前角,组成基于转速和负荷...     

柴油机掺烧生物柴油结合进气道加湿技术及喷油提前角优化

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术及喷油提前角优化对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究.选取柴油机在75％中高负荷工作时,生物柴油掺混比为40％通过设置0.5～2.5共5组不同水油比做仿真分析.结果表明:在生物柴油掺混比为40％(B40)时,随水...     

柴油机配气机构动力学仿真与分析

利用ADAMS／Engine建立4120SG柴油机配气系统动力学模型,对模型进行运动学仿真,分析配气机构主要运动件间的作用力,凸轮形线在过渡阶段的加速度特性对整个配气机构的受力影响较大,配气机构中各种接触力具有冲击力特征,对柴油机振动影响较大,通过对比摇臂座处的实测振动数据与仿真作用力的频谱图,验证了仿真结果的正确性,说明了配气机构是柴油机0．5谐次振动分量的主要激励源之一,为预测柴油机振动提供精确的边界条件。     

4190Z_LC船用柴油机工作过程仿真与整机性能优化研究

利用AVL BOOST软件建立了4190ZLC船用四冲程柴油机的仿真模型,并对柴油机进行了额定工况下的实验;通过对比仿真计算和实验结果,验证了仿真模型的正确性。利用建立的AVL BOOST仿真模型,研究了压缩比、燃烧起始角和配气相位对柴油机性能的影响;针对柴油机的输出功率,以气缸内最高爆发压力为约束条件、以油耗为优化目标,进行柴油机的优化计算,结果表明:优化后柴油机的性能有一定的提高。     

救生艇用柴油机气缸套温度场的计算与分析

针对柴油机气缸套的热负荷问题,以救生艇用2105柴油机的气缸套为研究对象,建立了气缸套温度场的计算模型,讨论了边界条件,在Fluent软件平台上开展了标准工况下2105柴油机气缸套三维温度场的计算.计算结果表明,等温线的分布是轴对称的,整个温度场分布是由上至下逐渐变低,其中顶面最高,中间冷却水处最低,上部温差沿轴向方向较大,下部温度分布比较均匀;整个缸套温度最高点位于缸套顶部内侧.从计算结果看,该气缸套温度分布合理,最高温度为511 K,热负荷不大.     

基于GT-Power和Simulink的柴油机各缸不均匀性闭环控制

为改善柴油机各缸工作的不均匀性,以TBD314V8柴油机为研究对象,将基于缸压计算得到的各缸IMEP和CA50作为反馈变量,将各缸的喷油量和喷油提前角作为控制变量,建立GT-Power与Simulink联合仿真模型。通过模型分析轨压、负荷和喷油提前角对爆压不均匀率、IMEP不均匀率和CA50不均匀率的影响,并对影响因素进行参数灵敏度量化分析,验证闭环控制对改善各缸不均匀性的效果。结果表明:轨压对爆压不均匀率、IMEP不均匀率和CA50不均匀率的影响较小;负荷对IMEP不均匀率的影响最大,且随着负荷的增加线性下降;喷油提前角对爆压不均匀率和CA50不均匀率的影响最大,且CA50不均匀率随着喷油提前角的增大线性增加。经过闭环控制之后,各缸的不均匀性得到明显改善。     

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。     

500t渔政船双机并车轴系扭振计算研究

建立了500t渔政船双机并车系统当量模型,分析了其振动计算的特点;给出了双机并车轴系考虑柴油机各缸激励、两柴油机之间的相位角及各缸负荷不均性情况下的响应计算的方程,并计算了系统第1质量振幅和和最大轴段的应力.详细分析了两台柴油机相位角和气缸负荷不均匀性对系统振动特性的影响.     

基于GT-Power和Simulink的柴油机各缸不均匀性闭环控制

为改善各缸工作不均匀性,以TBD314V8柴油机为研究对象,基于缸压计算得到的各缸IMEP和CA50作为反馈变量,控制变量为各缸的喷油量和喷油提前角,建立了GT-Power与Simulink联合仿真模型,通过模型分析了轨压、负荷和喷油提前角对爆压、IMEP和CA50不均匀率的影响,并对影响因素进行参数灵敏度量化分析,验证了闭环控制对各缸不均匀性的改善效果。结果表明：轨压对爆压、IMEP和CA50不均匀率影响较小;负荷对IMEP不均匀率影响最大,且随着负荷的增加呈线性下降;喷油提前角对爆压不均匀率和CA50不均匀率影响最大,且CA50不均匀率随着喷油提前角的增大呈线性增加。经过闭环控制后,各缸不均匀性得到明显改善。     

380柴油机气缸套温度场的计算与分析

针对柴油机气缸套的热负荷问题,以救牛艇用380卣喷式柴油机为研究对象,建立气缸套温度场的数学模型和边界条件,使用FLUENT软件进行温度场的计算,获得标准工况下380柴油机气缸套的温度场分布.计算结果表明,等温线的分布是轴对称的,整个温度场分布是由上至下逐渐变低,其中顶面最高,中间冷却水处最低,上部温差沿轴向方向较大,下部温度分布比较均匀,缸套温度最高温度为513 K,位于缸套顶部内侧,热负荷不大.     

6180CZL柴油机最优配气正时研究

本文在涡轮增压四冲程柴油机工作过程模拟计算的基础上,用优化方法建立最优配气正时的计算模型。并用SUMT外点法结合复合形法对计算模型进行求解。同时,用编制的FORTRAN计算程序在IBM-PC/XT微机上对6180CZL柴油机进行负荷特性和推进特性各工况下的最优配气正时计算,得到该机最优配气正时与负荷的变化规律,试验结果表明计算正确。实施最优配气正时控制能够提高6180CZL柴油机的营运经济性,为进一步考虑采用V.V.T.提供了分析依据。     

配缸间隙对活塞组动力学和摩擦学特性的影响

为降低活塞-缸套摩擦损失和柴油机整机振动，以TBD620V16型柴油机为研究对象，考虑液动润滑及粗糙接触等因素，建立活塞组动力学模型及整机动力学模型，计算不同配缸间隙的摩擦损耗及整机振动响应。基于模型的活塞组动力学计算结果表明，活塞-缸套连接副的摩擦损失随配缸间隙的增加，先减小后略有增大，活塞敲击能量随配缸间隙的增加持续增大。基于模型的整机振动响应计算结果表明，整机振动幅值随配缸间隙的增加而持续增大，且活塞敲击对振动的中高频部分影响较大。综合考虑配缸间隙对柴油机摩擦及整机振动的影响发现，应在保证良好润滑的前提下选取最小的配缸间隙，以减小整机的振动响应。     

基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

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%。     

刚柔耦合配气机构动力学仿真研究

为研究船用柴油机配气机构运动过程中弹性变形对运动和受力的影响,6L21/31柴油机的配气机构作为研究对象。应用Pro/E软件平台和ADAMS软件平台,建立其多刚体动力学模型。将气门杆和挺杆这两个弹性变形大的零件进行柔性化处理后,建立其刚柔耦合动力学模型。并将多刚体动力学模型和刚柔耦合动力学模型仿真的结果与经典动力学计算结果进行比较分析。结果表明考虑零部件的弹性变形,能够更准确的反应配气机构的运动情况,可以进一步为柴油机配气机构的优化设计和改进提供可靠依据。     

双燃料主机缸套水冷却系统优化设计

基于WinGD W6X72DF双燃料主机,对其主机缸套水冷却系统进行了优化设计,通过2个温控三通阀自动控制主机缸套水出口温度和造水机,经验证,优化后的主机缸套水冷却系统既能够保证主机缸套水出口温度的稳定,也能够充分利用主机缸套水的热量,增加船舶的造水量,减少主机缸套水冷却器的热负荷。通过对主机缸套水冷却系统的各个设备进行热力数学模型分析,建立独立的Simulink仿真子模块,按照系统的控制逻辑及运行顺序将子模块搭建成完整的仿真模型,并进行仿真模拟。仿真结果表明,2个温控三通阀的控制逻辑能够满足主机不同负荷及负荷变化的工况,系统设计实现了主机缸套水温度和造水机的自动控制。