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船用电控增压四冲程柴油机建模与性能优化研究
| 论文题名： | 船用电控增压四冲程柴油机建模与性能优化研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;电控组合泵;建模仿真;性能优化;燃烧系统参数;正交设计 |
| 摘要： | 随着石油资源储量的日益减少和各国对排放要求的日益严格，对船用柴油机燃油系统进行电控化改造使其满足低油耗低排放的要求，是现行最有效途径之一。因此，建立能准确反映电控船用柴油机动力装置热力过程的数学模型对船舶动力装置的控制、性能优化等都有着重要意义。 本文以济南柴油机厂生产的4190ZLC-2型柴油机作为研究对象，开展了如下研究: 1)从电控化改造实验为出发点，首先针对电控组合泵代替机械泵的4190型柴油机燃油喷射系统的改进，利用AMESim仿真平台建立电控组合泵单缸喷油系统仿真模型，从不同柱塞直径、凸轮作用段以及喷油器孔径等方面进行改进，通过试验，找出凸轮工作作用段、喷油器突出高度、喷孔直径以及供油提前角对柴油机油耗和排放的影响，得出燃油喷射系统的匹配结构，实现柴油机喷射系统的优化。 2)基于Simulink仿真软件，选用平均值的方法，建立柴油机整机的模型，包括涡轮增压器模型、中冷器模型、柴油机本体模型和燃油系统模型，并验证了模型的准确性。结合电控化改造后的4190柴油机物理模型，利用AVL_BOOST软件建立了4190型电控柴油机工作过程模型，利用实验数据对建立的模型进行标定，并验证了负荷特性和推进特性下仿真模型的正确性。 3)利用已经建立的4190型船用中速增压柴油机平均值模型，研究了进、排气系统以及压缩比(ε)对4190型船用四冲程柴油机性能的影响。 通过AVL BOOST仿真计算分析了柴油机压缩比、燃烧起始角以及配气相位对柴油机性能的影响。同时研究了柴油机与涡轮增压系统运行规律，分别得到柴油机推进特性和负荷特性下柴油机和压气机联合运行线，为4190系列柴油机的优化改进和性能分析提供了理论参考。 4)利用AVL_FIRE软件，建立了4190柴油机燃烧室的计算模型，实验验证模型的准确性;然后对传统ω型燃烧室结构参数中的喉口直径、凸台高度、凹坑半径进行较深入的研究，分别从单个燃烧室结构参数对燃烧过程和排放的影响两方面开展研究。 在此基础上，应用正交设计的方法进行了柴油机燃烧系统多参数匹配研究，通过对计算结果的分析得到了燃烧系统参数对指示功率和NOx排放影响的权重系数，并以指示功率和NOx排放为优化目标，找到了最优的燃烧系统参数组合。 |
| 作者： | 黄加亮 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 王丹 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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