双线圈点火系统特性仿真与试验研究

为了降低稀燃CNG发动机燃烧循环变动,设计了一种双线圈点火系统。利用Multisim软件仿真研究了新点火系统次级电压的变化规律,并在发动机台架上研究了此点火系统对CNG发动机燃烧稳定性的影响。次级电压的仿真结果表明,在不同放电间隔的条件下,新点火系统分别能够有效提高次级电压,增加火花持续期并能实现多次放电。台架试验表明,在合适的放电模式下新点火系统能够降低发动机的循环变动系数,提高稀燃CNG发动机燃烧稳定性。

船舶动力技术虚拟仿真实验教学资源的建设与实践

为解决能源动力类专业实验教学中存在的难题,将虚拟仿真技术引入实验教学,充分发挥虚拟仿真实验在实验场地、实验消耗和实验安全等方面的优势,建设船舶动力技术虚拟仿真实验教学资源。以"教学科研相融合、虚拟现实相结合"为指导思想,构建面向内燃机、燃气轮机、蒸汽动力和轮机工程等专业方向的虚拟仿真实验教学系统,阐述虚拟仿真实验教学系统的主要功能以及在各个专业课程中的教学应用情况。从虚拟仿真实验在实验教学体系中的地位、虚拟仿真实验与真实物理实验关系、科研成果向虚拟仿真实验转化、优质实验教学资源共享等四个方面,阐述了船舶动力技术虚拟仿真实验教学资源建设的几点体会。

船用柴油机电控系统半物理仿真平台开发研究

为了对电控系统功能、性能测试和验证,建立了基于平均值原理的16V396TE94船用增压柴油机的数学模型,并且基于Tesis DYNAware软件,建立了增压柴油机多控制需求的参数化仿真模型和动力传动系统仿真模型.利用所建立的仿真模型和dSPACE硬件平台构成虚拟柴油机,与接口设备、真实的柴油机电控系统和执行器相连接,组成半物理实时仿真试验平台.利用该平台进行了起动、调速、相继增压控制等功能与性能仿真,并将仿真结果与配机实验值进行了比较,结果吻合度达到90%,并且特性趋势完全一致.结果表明该仿真系统精度高、实时性好,能够满足电控系统功能及性能测试要求.

基于Modelica语言建模的柴油机稳动态性能仿真与试验

针对传统柴油机建模效率不高、所建模型抽象不易理解、软件平台开放程度差、模型通用性低的问题,采用多领域统一物理建模规范Modelica语言和面向对象的建模思想建立了柴油机的仿真模型。以上柴D4114B型发电用柴油机为例,在解决上述问题的同时模拟了负荷特性下柴油机的稳态过程,最高压力、排温等稳态数据点的实测值与仿真值的最大相对误差为8.9%,证明了所建立的柴油机模型具有较好的稳态性能。在此基础上进行了动态仿真,模拟了转速、单缸循环油量等参数的动态变化规律,并将部分参数的仿真值与实测值进行比较,两者吻合得比较好,证明了所建立的柴油机模型能较好地预测其动态性能,可为后续的基于Modelica语言的柴油机建模提供参考。

带有浴盆形燃烧室天然气发动机燃烧特性三维仿真

利用计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上对带有浴盆形燃烧室天然气发动机缸内湍流场演变过程、燃烧特性进行了仿真研究。结果表明:浴盆形燃烧室和直进气道的几何结构以及气门的偏置使环形进气射流有强烈的不对称性,进气门关闭后缸内形成大尺度斜轴涡流;在压缩冲程后期,涡流在吸收活塞运动能量同时,受到壁面剪切和挤气射流的耦合作用,提高了缸内湍流水平,在上止点附近形成的自火花塞流向对侧的横向气流,有利于火焰向距离火花塞较远的对侧传播;进入快速燃烧期,活塞顶部凸起限制了火焰前锋面的扩大。因此,适当提高自火花塞指向对侧的横向气流速度、增加火花塞对侧挤气面的面积以及优化活塞头部形状可以改善带有浴盆形燃烧室天然气发动机的燃烧质量。

CNG发动机双线圈点火系统放电特性仿真研究

设计了双线圈点火系统次级电压仿真电路和点火能量仿真电路。在两个初级线圈充电时间不变的条件下,利用仿真方法,通过改变两线圈放电开始时间间隔,研究了双线圈放电点火系统次级电压和点火能量变化规律。结果表明,与单线圈点火系统相比,在不同放电开始时间间隔的条件下,双线圈点火系统能够有效提升点火能量,提高次级电压及次级电压升高率,增加火花持续时间,并能够实现多次放电,为CNG发动机可调放电点火系统的设计与控制提供理论依据。

船舶动力技术虚拟仿真实验教学资源建设与实践研究

哈尔滨工程大学船舶动力技术国家级实验教学示范中心依托动力与能源工程学院强大的科研优势和学科特色,以资源整合、科研结合、校企联合为建设思路,构建了虚实互动、虚实互补的船舶动力技术虚拟仿真实验教学体系,搭建了虚拟仿真实验教学平台。平台的运行增强了学生专业学习兴趣和实验效果,促进人才培养质量,体现了国家级实验教学中心的内涵建设要求。

点燃式天然气发动机燃烧室结构优化的仿真与试验研究

利用三维数值仿真的方法,对带有浴盆形燃烧室的天然气发动机缸内流动和燃烧特性进行分析,提出了两种燃烧室结构优化设计方案,试验对比了采用原燃烧室和挤气喷射燃烧室时的发动机性能。结果表明:在不改变压缩比情况下,通过改变活塞头部凸起形状和位置,能够实现浴盆形燃烧室内的挤流与滚流有效耦合;控制点火时刻的火花塞附近气体流速,能提高缸内平均湍动能,加大快速燃烧期内火焰前封面的面积,改善燃烧质量。发动机采用优化的2号挤气喷射燃烧室,能够明显加快发动机燃烧进程,提高发动机的动力性和经济性,发动机功率从75kW提高到78.7kW,最低比气耗降低4.4%,HC和CO排放略有降低。

电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动影响的量化分析

为研究电控喷油器参数对高压共轨系统循环喷油量波动的影响，利用AMESim仿真平台建立了电控高压共轨喷油系统数值仿真模型，并通过在高压共轨系统试验台上试验，验证了仿真模型的准确性。接着在此基础上对循环喷油量波动进行分析，揭示了喷油器参数对循环喷油量波动的影响规律。最后进行了量化分析，得到了喷油器参数变化引起的循环喷油量波动百分比的变化规律。结果表明，衔铁残余气隙、电磁阀预紧力、出油孔直径、进油孔直径、针阀预紧力和针阀升程是影响高压共轨系统循环喷油量的主要电控喷油器参数，在不同的轨压和喷油脉宽下，这些参数的变化引起的循环喷油量波动百分比分别为5.0%~16.8%、7.8%~26.2%、14.1%~22.9%、17.0%~23.3%、7.5%~33.2%和0~21.8%。

船用中速柴油机预测模型的自动标定与优化

为解决柴油机预测模型参数过多导致的标定困难问题,采用遗传基因算法对搭建的船用中速机DIjet预测燃烧模型进行智能标定。借助最大缸内压力以及对应的曲轴转角快速完成缸压曲线标定,相较于传统手动标定,标定时间可缩短到几十分之一。在进行柴油机整体功率验证后,对NO_(x)排放进行标定,形成一套简便可行的智能标定流程。在完成标定的模型上进行NO_(x)排放及有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)优化,在考虑两者不同权重系数的情况下得到更优的帕累托前沿面。

基于Laguerre-Fuzzy Hammerstein模型的增压锅炉非线性预测控制

增压锅炉燃烧系统具有强非线性、大滞后、参数时变和不确定性,传统的控制方法很难取得较好的控制效果。Laguerre滤波网络能够以较低的模型阶次逼近系统线性特性,且无需知道系统的滞后时间;Fuzzy模型能够有效描述系统的非线性及不确定性。提出了基于Laguerre-Fuzzy Hammerstein模型的非线性预测控制器并应用于增压锅炉燃烧系统控制器设计中。仿真结果表明:在变负荷情况下,本文提出的控制器能够有效控制过热蒸汽压力迅速稳定在设定值;与单输入预测控制器相比,该控制器综合考虑了两非线性变量带来的影响,且有效地避免了因系统变迟延和不确定性带来的影响,证明了本文方法的有效性。

电控单体泵高压油路压力波动频率计算方法研究

喷油系统喷油过程中高压油路燃油压力波动会直接影响系统循环喷油量的稳定性和一致性。应用类比思想,引入了液力电容和液力电感概念,基于电控单体泵喷油系统的结构参数,建立了用于计算系统高压油路压力波振荡频率的LC液力系统数学模型。计算结果表明:系统高压油路中压力波的一阶振荡频率为52.3～58.1kHz,随着喷油时间的增加而增大;二阶振荡频率为454～467kHz,随着喷油时间的增加而减小;三阶振荡频率为509～593kHz,随着喷油时间的增加而增大。通过对比试验数据,验证了所建立的数学模型能够准确计算系统高压油路内压力波的振荡频率。

高速电磁阀电磁力近似模型的构建与分析

为提高高速电磁阀动态响应速度,采用近似模型方法,以建立电磁阀多物理场零维近似耦合模型,实现其性能高效预测及优化。首先创建了柴油机电控单体泵高速电磁阀电磁力有限元计算模型,并通过与试验对比验证了模型的精度。结合面中心复合设计、嵌套中心复合设计、最优拉丁超立方设计与二次多项式响应面模型、Kriging模型、径向基函数模型,构建了18组电磁力近似模型。分析了不同样本点集大小、试验设计方法及近似方法对近似模型精度的影响。得出近似模型的精度随着样本点集的增大并非呈现单调递增的关系;而最优拉丁超立方试验设计与Kriging模型、径向基函数模型具有良好的适应性。构建高速电磁阀工作气隙、驱动电流、线圈匝数、副磁极半径、衔铁厚度、衔铁半径等关键参数的电磁力近似模型最佳方案是最优拉丁方试验设计与Kriging模型的组合,样本点集大小为二次多项式响应面模型所需最少样本点数的1.5倍,模型复相关系数、平均绝对误差、均方根误差值分别为0.97、0.06、0.09。该研究为高速电磁阀多物理场零维近似耦合模型的建立及其优化提供了参考。

电控单体泵高速电磁阀电磁力关键影响因素

电控单体泵高速电磁阀电磁力决定了电磁阀的快速响应.利用Ansoft软件建立了高速电磁阀数值仿真模型,通过与试验数据对比得出电磁力最大偏差为9%,验证了仿真模型的准确性.应用仿真模型研究了铁芯、励磁线圈、衔铁、工作气隙和驱动电流等参数的变化对电磁力的影响,得出了励磁线圈匝数、工作气隙、驱动电流和衔铁厚度是电磁力的主要影响因素.应用试验设计的方法,进行了相关性分析,得出各种因素和电磁力之间的相关系数.结果表明,不但参数的单因素和电磁力有相关性,参数交互作用因素和电磁力也有相关性.

共轨喷油器高速电磁阀电磁力影响因素分析

为研究关键参数对共轨喷油器高速电磁阀电磁力的影响,本文根据电磁耦合原理建立了考虑最大电磁力饱和现象的电磁阀电磁力数学模型,并基于该电磁力模型进行了参数分析。结果表明:电磁力随驱动电流的变化取决于电磁阀总磁阻和驱动电流范围。当电流小于4 A时,驱动电流是电磁力增加的主要因素,当电流大于4 A后,总磁阻成为制约电磁力增加的决定因素。在电流为10 A时,电磁力随气隙的增加而降低,且降低的程度逐渐增大、气隙直接影响气隙磁阻和电磁阀软磁材料磁阻的变化;电磁力随线圈匝数的增加而增大,但其增大的程度逐渐减小,这是电磁阀总磁阻对电磁力降低的贡献率随线圈匝数增加而增大造成的。

高压共轨喷油系统循环喷油量波动研究

针对系统参数对高压共轨喷油系统循环喷油量稳定性的影响机理及变化规律,在AMESim仿真平台上建立了高压共轨喷油系统的数值仿真模型,通过仿真分析研究了回油压力、电磁阀复位力、控制阀杆升程、出油孔直径、进油孔直径、针阀升程、针阀预紧力和喷油器流量系数在全工况平面内所引起的循环喷油量波动变化规律,得出系统参数对循环喷油量波动的影响在小喷油脉宽下更为明显.结果表明,回油压力、控制阀杆升程、出油孔直径、进油孔直径、针阀升程和喷油器流量系数为影响循环喷油量波动的关键系统参数.该研究可为优化高压共轨喷油系统参数、提高系统工作一致性和稳定性提供理论借鉴.

柴油机电控单体泵高速电磁阀动态响应特性的影响因素分析

利用电磁场分析软件Ansoft Maxwell建立了柴油机电控单体泵高速电磁阀的数值仿真模型,通过与试验数据对比,得出电磁阀关闭响应时间最大误差为2%,开启响应时间最大误差为8.7%,验证了该仿真模型的准确性。应用此仿真模型分析了残余气隙、最大升程、运动件质量、弹簧刚度和弹簧预紧力等参数对高速电磁阀动态响应特性的影响,得出残余气隙、最大升程、弹簧预紧力是主要影响因素,对关闭响应时间影响分别在0.2 ms、0.36 ms、0.18 ms左右,开启响应时间影响分别在0.08 ms、0.16 ms、0.11 ms左右。

电控单体泵喷射特性关键影响因素研究

通过数值模拟揭示了凸轮型线速度、柱塞直径、高压油管长度、高压油管内径等关键影响因素对喷射特性中的喷油压力、循环喷油量、喷油持续期和供油系数的影响规律。利用AMESim建模,对比实验数据验证了仿真模型的准确性。应用实验设计的方法,考虑交互作用,进行了相关性分析,得出各种因素和喷射特性参数之间的相关系数。结果表明各影响因素的单因子及交互作用因子均与喷射特性存在着相关性,且随着转速的变化而呈复杂的变化规律。

柴油机电控单体泵燃油系统的稳定性研究

利用AMESim软件建立电控单体泵系统仿真模型,与试验数据对比证实仿真模型能够准确预测系统各工况的喷射特性参数。选取典型工况下的不同时刻点对系统进行线性化处理,得出电控单体泵单缸高压喷射系统和多缸高低压耦合系统的特征值分布规律。结果表明:不同工况下同一系统矩阵特征值的分布具有相似的规律,只是随着时间的推移,系统矩阵发生很大的变化。在整个燃油喷射系统的工作过程中,单缸高压喷射系统是一个在喷油过程中处于准稳定状态、其他过程非稳定的系统;而多缸高低压耦合系统则是一个时变、不稳定的高度复杂系统。

RBF神经网络理论在柴油机控制中的应用

为了解决船用电站发动机调速效果容易受到环境影响问题,基于RBF神经网络理论提出了一种柴油机RBF-PID转速控制算法,实时地优化转速环控制器的控制参数,且初始权值对RBF神经网络的影响很小。在突变负载的情况下针对不同的初始权值进行了一系列仿真计算,并在D6114柴油发电机上进行了实验验证。仿真结果与实验结果相吻合。结果表明:初始权值对RBF-PID控制算法的影响小于对BP-PID控制算法的影响,算法鲁棒性更强。柴油机采用RBF-PID控制算法,能够在获得相对于传统PID更好的调速效果的同时,环境改变时对其的影响更小而无需花费很多时间进行神经网络的训练学习,满足二级电站的精度指标。