船用大功率低速智能化柴油機(jī)可變排氣正時(shí)特性研究.pdf

1、隨著環(huán)保法規(guī)要求的日益嚴(yán)格，對(duì)船用柴油機(jī)的性能提出了更高的技術(shù)要求。船用低速柴油機(jī)采用高壓共軌燃油電控噴射和可變排氣正時(shí)等智能控制技術(shù)，有效降低了有害氣體排放，智能化技術(shù)已成為船用柴油機(jī)的發(fā)展方向。智能化柴油機(jī)由電控單元通過(guò)電-液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可變排氣正時(shí)的柔性電子控制，優(yōu)化了柴油機(jī)的全工況性能。但由于低速智能化柴油機(jī)的可變排氣正時(shí)電子控制技術(shù)是國(guó)外對(duì)我國(guó)封鎖的核心技術(shù)。因此，開(kāi)展船用低速智能化柴油機(jī)可變排氣正時(shí)技術(shù)的研究，對(duì)于提高我國(guó)

2、船用大型低速柴油機(jī)的整體技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。
　　 本文作者針對(duì)船用低速智能化柴油機(jī)可變排氣正時(shí)特性的關(guān)鍵問(wèn)題，以Wartsila5RT-flex60C型柴油機(jī)的智能化系統(tǒng)為研究對(duì)象，研制大型船用智能化柴油機(jī)智能化系統(tǒng)多功能綜合硬件在環(huán)(HIL，Hardware In Loop)仿真試驗(yàn)平臺(tái)；研究智能化柴油機(jī)可變排氣正時(shí)的系統(tǒng)特性；建立柴油機(jī)工作過(guò)程的計(jì)算模型，分析可變排氣正時(shí)對(duì)柴油機(jī)各工況性能的影響，為制定可變

3、排氣正時(shí)的控制策略奠定技術(shù)基礎(chǔ)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的主要成果如下：
　　 1、歸納總結(jié)了船用低速智能化柴油機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了智能化系統(tǒng)的硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)和控制原理；建立了基于“缸平移法”的柴油機(jī)實(shí)時(shí)仿真模型，利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和cRIO(compact reconfigurable I/O)控制器，研制了船用柴油機(jī)智能化系統(tǒng)多功能綜合硬件在環(huán)(HIL)仿真試驗(yàn)平臺(tái)；試驗(yàn)驗(yàn)證了HIL仿真試驗(yàn)平臺(tái)的功能和精

4、度，實(shí)現(xiàn)了智能化系統(tǒng)可變排氣正時(shí)系統(tǒng)的HIL仿真，為研究船用低速智能化柴油機(jī)可變排氣正時(shí)的系統(tǒng)特性提供了研究條件。
　　 2、利用船用柴油機(jī)智能化系統(tǒng)多功能綜合性HIL仿真試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了可變排氣的HIL仿真試驗(yàn)研究，研究揭示了可變排氣正時(shí)的特性與規(guī)律：電控單兀WECS(W(a)rtsil(a) Electrical Control System，WECS)采取閉環(huán)控制方式，且以排氣閥開(kāi)啟行程的15％對(duì)應(yīng)角度作為開(kāi)啟角度，排氣閥

5、關(guān)閉行程的85％對(duì)應(yīng)的角度作為關(guān)閉角度；隨柴油機(jī)的工況變化，排氣正時(shí)(開(kāi)啟角度、關(guān)閉角度和延遲角角度)亦不相同；隨柴油機(jī)負(fù)荷的提高，WECS通過(guò)提高PWM(Pulse WidthModulation)波占空比增加伺服油泵開(kāi)度提高軌壓，排氣閥升程曲線(xiàn)亦受軌壓的影響；隨著柴油機(jī)負(fù)荷的增加軌壓上升，排氣閥開(kāi)啟延遲時(shí)間減少，但柴油機(jī)轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷的增加而增加，將排氣閥開(kāi)啟延遲時(shí)間轉(zhuǎn)化開(kāi)啟延遲角反而增加；排氣閥是通過(guò)空氣彈簧將閥推行直至關(guān)閉，排氣閥

6、的關(guān)閉延遲時(shí)間相差不大，但柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷的增加而增加，將排氣閥關(guān)閉延遲時(shí)間轉(zhuǎn)化成排氣閥關(guān)閉延遲角亦增加。
　　 3、建立了RT-Flex60C型智能化柴油機(jī)工作過(guò)程仿真模型，利用柴油機(jī)智能化系統(tǒng)多功能綜合HIL仿真試驗(yàn)平臺(tái)和柴油機(jī)臺(tái)架的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了仿真模型的正確性；仿真計(jì)算分析表明：柴油機(jī)采用可變排氣正時(shí)可滿(mǎn)足IMO TierⅡ的NOx排放要求；當(dāng)進(jìn)氣壓力和燃油系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)如噴油量、噴油始角、噴油持續(xù)期等條件保持不變，隨

7、著排氣閥開(kāi)啟角度的延遲，燃油消耗率(ge)降低，同時(shí)排氣持續(xù)期減少，導(dǎo)致排出的缸內(nèi)氣體減少，缸內(nèi)氣體總量(含廢氣量)增加，缸內(nèi)氣體溫度下降，使得NOx排放減少。而排氣閥開(kāi)啟角度延遲，由于氣缸內(nèi)氣體質(zhì)量增加，缸內(nèi)氣體壓縮終點(diǎn)壓力增加，導(dǎo)致缸內(nèi)爆發(fā)壓力(pz)增加；隨著氣閥關(guān)閉角度延遲，排氣時(shí)間增加，缸內(nèi)氣體總量(含殘余廢氣量)減少，缸內(nèi)氣體壓縮終點(diǎn)的壓力降低，導(dǎo)致缸內(nèi)爆發(fā)壓力(pz)降低；缸內(nèi)氣量總量減少，缸內(nèi)燃燒溫度增加，使得NOx排放