船用大功率低速智能化柴油機可變排氣正時特性研究.pdf

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

2、船用大型低速柴油機的整體技術(shù)水平和競爭力具有十分重要的意義。
　　 本文作者針對船用低速智能化柴油機可變排氣正時特性的關(guān)鍵問題，以Wartsila5RT-flex60C型柴油機的智能化系統(tǒng)為研究對象，研制大型船用智能化柴油機智能化系統(tǒng)多功能綜合硬件在環(huán)(HIL，Hardware In Loop)仿真試驗平臺；研究智能化柴油機可變排氣正時的系統(tǒng)特性；建立柴油機工作過程的計算模型，分析可變排氣正時對柴油機各工況性能的影響，為制定可變

3、排氣正時的控制策略奠定技術(shù)基礎(chǔ)。論文的主要研究內(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的技術(shù)特點，重點分析了智能化系統(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”的柴油機實時仿真模型，利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺和cRIO(compact reconfigurable I/O)控制器，研制了船用柴油機智能化系統(tǒng)多功能綜合硬件在環(huán)(HIL)仿真試驗平臺；試驗驗證了HIL仿真試驗平臺的功能和精

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

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

6、的關(guān)閉延遲時間相差不大，但柴油機的轉(zhuǎn)速隨著負荷的增加而增加，將排氣閥關(guān)閉延遲時間轉(zhuǎn)化成排氣閥關(guān)閉延遲角亦增加。
　　 3、建立了RT-Flex60C型智能化柴油機工作過程仿真模型，利用柴油機智能化系統(tǒng)多功能綜合HIL仿真試驗平臺和柴油機臺架的試驗數(shù)據(jù)驗證了仿真模型的正確性；仿真計算分析表明：柴油機采用可變排氣正時可滿足IMO TierⅡ的NOx排放要求；當進氣壓力和燃油系統(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、著排氣閥開啟角度的延遲，燃油消耗率(ge)降低，同時排氣持續(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