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原文传递船用低速柴油机电控系统特性仿真分析及控制参数优化

论文题名：	船用低速柴油机电控系统特性仿真分析及控制参数优化
关键词：	船用低速柴油机;电控喷油;排气阀特性;控制策略;仿真模型;NLPQL算法
摘要：	船用低速柴油机广泛用于大型油船、集装箱船和散货船等船舶的主推进动力，其发展的目标是低排放、低油耗和高可靠性。采用共轨和电控技术的船用低速柴油机，实现了燃油喷射压力、喷油量、喷油提前角和排气正时的柔性控制，优化了柴油机各工况的经济性和排放性，满足了船用柴油机TireⅡ排放法规要求。开展船用低速柴油共轨电控系统特性及控制策略研究，对于我国自主开发船用低速柴油机电控系统具有十分重要的意义。　　本文以RT-Flex型船用低速柴油机为对象，研制船用低速柴油机电控系统硬件在环(Hardware in the loop，HIL)仿真平台，分别建立了燃油喷射控制系统仿真模型和船用低速柴油机性能仿真模型，采用平台试验和仿真计算等技术手段，研究了电控燃油喷射和排气正时控制策略，进行了基于柴油机仿真模型的多参数综合优化，论文的主要研究内容和结论如下: 　　(1)在分析W(a)rtsil(a)5RT-Flex60C型船用低速柴油机共轨电控系统结构、工作原理和控制功能的基础上，研制了船用低速柴油机电控系统硬件在环仿真平台，主要包括试验平台执行机构的改造和简化、柴油机实时仿真模型的建立和平台试验管理系统的开发。研制的HIL仿真试验平台能较好地反映出共轨电控系统的结构和功能特征，为后续控制策略和基于仿真模型的系统性能研究提供了试验条件。　　(2)通过对比分析仿真平台与柴油机台架试验数据，验证了平台的功能和精度能够满足柴油机电控系统仿真试验的技术要求。通过对仿真平台试验数据的分析，揭示了电控系统燃油喷射和排气阀控制策略:燃油轨压采用闭环和前馈修正的控制算法;喷射定时控制与柴油机转速、扫气压力和燃油轨压相关联;喷油脉宽随柴油机负荷提高而逐渐增加;低负荷下各缸喷油器按一定间隔时间轮换工作;伺服油轨压和排气阀开启持续角度随柴油机负荷提高而增加;排气阀开启定时与柴油机转速和排气关闭角度相关，而排气阀关闭定时则只与柴油机转速相关。　　(3)建立了燃油喷射控制系统仿真模型，对比分析仿真计算与平台试验结果，验证了仿真模型的正确性和准确性。通过仿真模型研究高压共轨燃油喷射控制系统主要状态参数和结构参数对喷油规律的影响，燃油共轨压力、喷油器喷孔直径和高压油管直径影响喷射期高压油管管内维持压力和喷油率，伺服油共轨压力影响喷射开始期间高压油管管内压力和喷油率的上升速率;滑阀升程影响喷射结束时高压油管管内压力和喷油率;高压油管长度影响高压油管管内压力和喷油率的相位。仿真计算得到了喷油器喷油率曲线，为柴油机整机性能仿真计算提供了燃油系统的边界条件。　　(4)建立了柴油机工作过程仿真模型，对比分析性能仿真计算与试验台架试验结果，验证了仿真模型的正确性和精度。采用中心复合全析因试验设计的方法，分析了四个重要控制参数及其之间的交互作用对柴油机排放和功率的影响，燃油轨压、喷射起始角和排气阀关闭角是影响柴油机NOx排放主要因素，各控制参数之间的耦合交互作用对柴油机NOx排放影响不显著;控制参数各自对柴油机功率的影响显著，参数间耦合交互作用则不明显;以降低柴油机NOx排放为目标，柴油机功率为约束条件，采用NLPQL算法进行各控制参数的优化计算，优化后的控制参数与柴油机台架试验结果非常接近，两者均能使柴油机NOx排放达到TierⅡ的排放标准。基于仿真模型的优化计算为柴油机电控系统的多参数综合优化，提供了解决的技术途径。
作者：	王勤鹏
专业：	轮机工程
导师：	杨建国
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文