基于试验设计-遗传算法的船用柴油机冷却系统多目标优化

为了获取船用柴油机冷却系统的最佳运行参数,在柴油机可靠运行的前提下,尽量提升动力性和经济性。建立了柴油机工作过程-燃烧室-冷却系统耦合仿真模型,提出试验设计-遗传算法优化算法,该算法具备节省试验成本和多目标全局寻优的优势。选取柴油机的6个典型推进工况点进行研究,采用该算法对冷却系统运行参数开展多目标优化设计,优化设计以海、淡水泵转速为变量因子,以提升动力性参数和经济性参数为目标,以涡前排温、淡水出机温度和峰值缸压为约束条件,优化后,在低负荷点,淡、海水泵节省功耗79.4%和71.73%,扭矩提升7.2%,有效功率提升7.6%,热效率提升8%,耗油率降低6.73%,摩擦功降低9.71%,峰值缸压降低5%。研究结果表明:耦合仿真模型与实机更加贴近;试验设计-遗传算法在解决强耦合、非线性系统的多目标优化问题具备成本低、效率高、精度高的优点。

喷油规律曲线形状对柴油机燃烧过程影响的仿真分析

基于多维数值模拟的方法,研究了4种典型的喷油规律曲线形状对直喷式高强化柴油机燃烧过程的影响规律,通过分析滞燃期、放热率形状、预混燃烧及扩散燃烧放热量分配比例、燃烧重心等,得到结论:矩形喷油规律的滞燃期最短,最先着火,斜坡形喷油规律的滞燃期相对最长;矩形和梯形喷油规律对应的预混燃烧阶段放热量占得比例较大,燃烧重心更接近于上止点(TDC),燃烧的等容度高,循环热效率高,斜坡形和楔形喷油规律预混燃烧阶段放热量占得比例较小。

增压式高压共轨系统性能试验研究

以改善大功率柴油机的节能与排放性能为目标,研发了一种既先进又易于制造的燃油喷射系统———增压式高压共轨系统。该系统可在各负荷区域中,通过对2种喷射压力(可调)和3种喷油率(矩形、斜坡形、靴形)之间的匹配和调节,实现柴油机的全工况优化运行。研制了系统的关键部件———电控增压泵,并为其开发了单电源单开关自斩波驱动电路,搭建了试验平台。试验考察了电控增压泵的增压性能、系统喷油率的可调性和理论增压比对系统性能的影响等。

柴油机功率与燃油消耗率修正方法的探讨

柴油机的有效功率和燃油消耗率随着环境状况(大气压力、相对湿度和环境温度)的变化而变化,环境状况的改变对柴油机的测试结果有着直接的影响。GB/T1105-87对此有明确的规定,如果测试柴油机的环境状况与标准环境状况不符时,则必须对测试结果进行必要的修正。为此,根据多年的实际试验经验对修正方法进行必要的补充,以供共同探讨。

4G200柴油/天然气双燃料系统控制与优化

通过保留原机柴油供给系统和原机电控系统,加装天然气供给系统和双燃料控制系统,在一台4缸高压共轨柴油机4G200上构建了一套柴油/天然气双燃料系统,该系统利用高压喷射的柴油来引燃天然气。通过双燃料电控单元和原机电控单元协调,该双燃料系统能工作在旁路模式、跟随模式、双燃料模式和独立控制模式。通过台架标定和优化,该双燃料系统质量替代率最大为87%,最小为62%;中大负荷时双燃料系统效率更高,双燃料系统最高工作效率为114.6%。

柴油机漏气率对其性能影响的研究

采用对比试验的方法 ,研究了柴油机缸内气体泄漏对其动力性和经济性的影响。研究结果表明 :漏气不仅带走质量和内能 ,同时也影响发动机的燃烧过程。随着漏气率的增大 ,柴油机有效功率非线性下降 ,而耗油率非线性上升 ,且耗油率的上升率大于功率的下降率 ;

基于达标法的柴油车辆动力性台架检测方法

为解决汽车驱动轮输出功率动力性检测方式的不足,采用发动机功率达标法的原理,使用汽车底盘测功机,通过功率吸收装置加载检测驱动轮轮边稳定车速,并与发动机额定功率车速相比较,可有效评价营运车辆的动力性衰退程度。以柴油车辆为例,研究分析了汽车底盘测功系统的加载力、驱动力、系统阻力及计算模型,提出了额定功率车速与驱动轮轮边稳定车速的检测方法。通过设定不同达标功率值试验误差分析,符合功率达标法的检测原理,检测数据的重复性好,恒力控制精度高,动力性评价准确,适用车型范围广。研究表明,采用达标法在额定功率点检测动力性,通过调速特性快速、准确确定所检车辆的实际额定功率车速,既保证了车辆驱动轮的动力性,也兼顾了发动机的动力性,可动态设置不同的功率比值系数,进行整车动力性技术等级评定等检测。检测过程采用恒力控制,所需车辆技术参数少,发动机能自动适应恒力控制,实现了定量控制,提高了测功系统惯量对底盘测功机加载的响应性能,使发动机动力与系统阻力快速达到平衡的稳定车速,减小测功系统动态惯性误差,提高了测试精度。

平衡率对柴油机曲轴轴承润滑与振动特性的影响

在柴油机强化设计过程中,曲轴的不平衡惯性力会引起轴颈倾斜加剧,因此研究平衡率对曲轴振动和主轴承、连杆轴承润滑特性的影响尤为必要。基于含机油填充率的平均Reynolds方程、Greenwood⁃Tripp粗糙接触和平衡率计算理论,计入表面粗糙度和弹性变形等因素的影响,以12V150柴油机为例分析不同平衡率对曲轴润滑与振动特性的影响。结果表明:在一个工作循环内,随着平衡率的增加,主轴承和连杆轴承的最小油膜厚度在大部分时间内均有所增加,最大油膜压力和摩擦损失功在大部分时间内均有所减小,而主轴颈和连杆轴颈水平弯曲振动和自由端扭转振动在大部分时间内整体减小;在高功率密度柴油机曲轴轴承润滑设计及振动控制中,应综合考虑曲轴平衡率的影响。

195型柴油机耗油率与功率利用系数的关系探讨

从农机运用学的角度研究了１９５型柴油机耗油率与功率利用系数的数量关系。文中分析了１９５型柴油机调速器的特性，用多项式逐步回归方法描述了耗油率与负荷程度的关系，拟合效果很好，并就此进行了深入分析。

基于螺旋桨轴径判断渔船的“大机小标”现象

本研究旨在探索一种简便易行的方法,用于初步判断渔船是否存在"大机小标"现象,且能提前判别新造船螺旋桨轴径的选取是否私下改装从而增加主机功率的可能性。通过研究典型主机改装前后的标定功率、转速和规范对螺旋桨轴径要求的最小值之间的关系,以及螺旋桨轴径的实取裕量与轴系设计手册推荐裕量之间的关系,得出轴径的实际取值的合理性与"大机小标"之间存在一定关联性,从而提出通过测量螺旋桨轴径和实船额定转速初步判断"大机小标"的方法。对现存渔船可以先用此方法筛选,如有必要再进行实船的功率测量,可以大量节省检验成本。对于新造渔船,该方法可在审图阶段作为发现"大机小标"的重要判断指标,控制螺旋桨轴径裕量可以在一定程度上增加违法改装成本,从而减少"大机小标"现象,规范渔机市场,进一步完善渔船规则规范,使得国家的双控政策得以更好地实施。

WHTC工况下PN10和PN23计数器粒子数排放测量差异分析

为探究当前主流的PN23计数器与更先进的PN10计数器测量结果差异,选取一台符合国Ⅵ排放标准的柴油发动机进行世界统一瞬态循环(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)工况排放试验。该发动机可配置两套标定功率数据。使用最小测试粒径分别为23 nm和10 nm的粒子数(Particulate Number,PN)计数器同时测取PN排放数,分析对比PN排放结果,并总结排放规律。结果显示:标定功率为316 kW和430 kW的WHTC循环PN10计数器粒子数排放结果比PN23计数器分别高约27.48%和27.46%;WHTC循环第1145 s后,PN10计数器粒子数浓度显著高于PN23计数器,中等以上负荷、稳定转速工况更利于23 nm以下粒子生成;转速高于1000 r/min时,PN10计数器测得的粒子数浓度比PN23计数器明显更高;随着负荷增加,直径为10~23 nm的粒子数浓度先增加后减少。发动机在上述工况下运行时,PN23计数器测量值显著低于PN10计数器,该差异最终导致循环排放结果相对不准确。

旧295型柴油机节能改造技术的试验和研究

本文是在不改变旧机基本结构的前提下，通过基础修理，换用多种节能型配件，优化调整柴油机的调整参数，使旧２９５型柴油机在提高压缩比、改善燃烧过程、减少机械损失的同时，实现调整参数的合理匹配。综合节能技术改造后的旧２９５型柴油机动力性和经济性较常规修理有显著提高，功率提高率和油耗降低率分别达到１６％～２５％和４．８％～７．８％。

标定功率下6P125ZQ型柴油机燃烧过程的模拟计算

运用三维流体力学软件AVL FIRE,对6P125ZQ型柴油机标定功率时的压缩和燃烧过程进行了CFD模拟计算。根据计算结果,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况,并研究了温度场和Soot排放的分布情况,给出了气缸内各参数随曲轴转角的变化情况,从而在理论上说明了燃烧室的燃烧过程以及排放物的主要生成区域和生成历程,可为柴油机燃烧过程的参数优化匹配提供有价值的参考依据。

标定功率下6P125ZQ型柴油机燃烧过程的模拟计算

运用三维流体力学软件AVL FIRE,对6P125ZQ型柴油机标定功率时的压缩和燃烧过程进行了CFD模拟计算。根据计算结果,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况,并研究了温度场和Soot排放的分布情况,给出了气缸内各参数随曲轴转角的变化情况,从而在理论上说明了燃烧室的燃烧过程以及排放物的主要生成区域和生成历程,可为柴油机燃烧过程的参数优化匹配提供有价值的参考依据。

醚类含氧添加剂对煤基柴油性能的影响

针对高海拔地区柴油机燃用煤基柴油性能下降的问题,将醚类含氧添加剂聚甲氧基二甲醚(PODE,n=3~8)以不同体积分数与煤基柴油掺混成含氧煤基燃料,通过控制发动机进气压力模拟高海拔下柴油机的工作条件,考察在平原(260 m)和海拔1500、2500 m时醚类含氧添加剂对煤基柴油性能的影响。在平原地区,随着PODE比例增加,柴油机动力性逐渐降低,油耗率逐渐上升,排放性变差。在高海拔2500 m地区,PODE添加量(体积分数)为15%时,柴油机的动力性明显增强,平均功率增幅超过4%;经济性逐渐提升,油耗率平均增幅降低10%以上;HC排放降低幅度8.6%,CO排放降低幅度达到75.1%。

降低柴油机排放的方案

柴油机的排放物主要是NO和PM。根据NO和PM的生成机理恰当地设计柴油机的燃烧过程,将有效地减少其排放。在讨论高压缩比与高压喷射等因素对柴油机燃烧过程积极影响的基础上,提出了使用高压缩比与利用高压共轨喷射系统实现“靴型”喷油率和高压喷射,以及使用其他措施改善柴油机燃烧过程的方案,来实现降低柴油机排放的目标。

配气相位对船用柴油机性能的影响

使用仿真软件建立某船用柴油机的仿真模型,利用台架试验对仿真模型进行标定,研究配气相位对柴油机进气质量流量、涡前温度、燃油消耗率、有效功率及爆发压力的影响。结果表明:排气提前角增大,柴油机的进气质量流量增大,涡前温度降低,燃油消耗率先减少后增大,有效功率先增大后减小;同一转速和负荷下,爆发压力随排气提前角的变化不明显;进气迟闭角增大,柴油机的进气质量流量先增大后减小,涡前温度不断升高,燃油消耗率先减少后升高,有效功率先升高后减少;同一转速和负荷下,爆发压力随排气迟闭角度的变化也不明显。该机型柴油机配气正时采用排气提前角为下止点前曲轴转角75°,进气迟闭角为下止点后曲轴转角50°的最优方案时,可使柴油机在100%额定负荷和50%额定负荷下的有效功率分别提高2.78%和4.28%,燃油消耗率分别降低2.75%和4.30%。

排气阻火器对矿用防爆柴油机性能影响的研究

为了研究排气阻火器对矿用防爆柴油机性能的影响,以某矿用柴油机为试验对象,对该机在增加排气阻火器前后两种状态下进行了外特性试验和排放特性试验。试验结果表明,增加排气阻火器后,虽然满足了矿用柴油机的防爆性能,但是矿用柴油机的排气阻力增大,空气消耗量减小,缸内燃烧恶化,功率和转矩减小,动力性能下降;燃油消耗率增加,经济性能变差;CO体积分数和烟度值升高,大部分工况点的NO_x体积分数升高,排气温度升高,排放性能变差。研究结果可为今后矿用防爆柴油机排气阻火器的设计提供参考。