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原文传递船用大功率低速智能化柴油机可变排气正时特性研究

论文题名：	船用大功率低速智能化柴油机可变排气正时特性研究
关键词：	船用柴油机;智能柴油机;可变排气正时;电子控制;计算模型
摘要：	随着环保法规要求的日益严格，对船用柴油机的性能提出了更高的技术要求。船用低速柴油机采用高压共轨燃油电控喷射和可变排气正时等智能控制技术，有效降低了有害气体排放，智能化技术已成为船用柴油机的发展方向。智能化柴油机由电控单元通过电-液伺服系统实现了可变排气正时的柔性电子控制，优化了柴油机的全工况性能。但由于低速智能化柴油机的可变排气正时电子控制技术是国外对我国封锁的核心技术。因此，开展船用低速智能化柴油机可变排气正时技术的研究，对于提高我国船用大型低速柴油机的整体技术水平和竞争力具有十分重要的意义。　　本文作者针对船用低速智能化柴油机可变排气正时特性的关键问题，以Wartsila5RT-flex60C型柴油机的智能化系统为研究对象，研制大型船用智能化柴油机智能化系统多功能综合硬件在环(HIL，Hardware In Loop)仿真试验平台；研究智能化柴油机可变排气正时的系统特性；建立柴油机工作过程的计算模型，分析可变排气正时对柴油机各工况性能的影响，为制定可变排气正时的控制策略奠定技术基础。论文的主要研究内容和取得的主要成果如下：　　 1、归纳总结了船用低速智能化柴油机的技术特点，重点分析了智能化系统的硬件组成、软件结构和控制原理；建立了基于“缸平移法”的柴油机实时仿真模型，利用LabVIEW软件开发平台和cRIO(compact reconfigurable I/O)控制器，研制了船用柴油机智能化系统多功能综合硬件在环(HIL)仿真试验平台；试验验证了HIL仿真试验平台的功能和精度，实现了智能化系统可变排气正时系统的HIL仿真，为研究船用低速智能化柴油机可变排气正时的系统特性提供了研究条件。　　 2、利用船用柴油机智能化系统多功能综合性HIL仿真试验平台，进行了可变排气的HIL仿真试验研究，研究揭示了可变排气正时的特性与规律：电控单兀WECS(W(a)rtsil(a) Electrical Control System，WECS)采取闭环控制方式，且以排气阀开启行程的15％对应角度作为开启角度，排气阀关闭行程的85％对应的角度作为关闭角度；随柴油机的工况变化，排气正时(开启角度、关闭角度和延迟角角度)亦不相同；随柴油机负荷的提高，WECS通过提高PWM(Pulse WidthModulation)波占空比增加伺服油泵开度提高轨压，排气阀升程曲线亦受轨压的影响；随着柴油机负荷的增加轨压上升，排气阀开启延迟时间减少，但柴油机转速随着负荷的增加而增加，将排气阀开启延迟时间转化开启延迟角反而增加；排气阀是通过空气弹簧将阀推行直至关闭，排气阀的关闭延迟时间相差不大，但柴油机的转速随着负荷的增加而增加，将排气阀关闭延迟时间转化成排气阀关闭延迟角亦增加。　　 3、建立了RT-Flex60C型智能化柴油机工作过程仿真模型，利用柴油机智能化系统多功能综合HIL仿真试验平台和柴油机台架的试验数据验证了仿真模型的正确性；仿真计算分析表明：柴油机采用可变排气正时可满足IMO TierⅡ的NOx排放要求；当进气压力和燃油系统相关参数如喷油量、喷油始角、喷油持续期等条件保持不变，随着排气阀开启角度的延迟，燃油消耗率(ge)降低，同时排气持续期减少，导致排出的缸内气体减少，缸内气体总量(含废气量)增加，缸内气体温度下降，使得NOx排放减少。而排气阀开启角度延迟，由于气缸内气体质量增加，缸内气体压缩终点压力增加，导致缸内爆发压力(pz)增加；随着气阀关闭角度延迟，排气时间增加，缸内气体总量(含残余废气量)减少，缸内气体压缩终点的压力降低，导致缸内爆发压力(pz)降低；缸内气量总量减少，缸内燃烧温度增加，使得NOx排放增加；由于缸内压力降低，气缸内气体所做有效功减少，喷油量一定的条件下，燃油消耗率(ge)增加；可变排气正时控制策略的制定首先应满足柴油机机械负荷和排放法规要求，然后以燃油消耗率为优化目标。
作者：	舒畅
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：	2012
正文语种：	中文