VNT改善柴油机低速性能的试验研究

在498柴油机上匹配了可变喷嘴涡轮增压器(VNT),研究其对直喷柴油机性能的影响。试验结果表明,VNT能增加低速扭矩,改善低速时的燃油经济性,降低柴油机低速的冒烟极限和烟度,改善柴油机低速时的加速特性。

基于WPES与MEEMD的船用主机振动研究

为揭示船用长冲程低速柴油机健康状态下的振动特征,采用小波包能量谱(Wavelet Packet Energy Spectrum, WPES)和改进的总体平均经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition, MEEMD)结合的特征提取方法,对典型推进工况下低速机的表面振动信号进行3层小波包分解和重构。通过对能量占比较大的节点采用MEEMD方法进行分解,获得IMF1分量频谱。研究结果表明,在40%以下的较低发动机负荷时,各单次燃烧循环的振动波动较小,振动幅值基本一致。提升至50%以上发动机负荷时,燃烧引起振动波动明显增强。50%工况下,中高频能量占总能量的41.51%,为主要振动源。

基于MEEMD算法的二冲程柴油发动机机体振动分析

二冲程低速柴油机具有复杂的振动特性,传统的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法对其振动信号处理效果不理想。为此,采用修正多元集合经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition,MEEMD)算法对低速柴油机机体振动信号进行分解。首先,采用三轴加速度计测量发动机机体振动。然后利用均方根(Root Mean Square,RMS)对三轴振动强度进行分析。最后,对x轴上的信号进行MEEMD分析。结果表明:砌块在x轴方向的振动强度最大;与EMD算法相比,MEEMD算法可以抑制模态混合,有助于更好地识别块振动激励。

双燃料低速发动机推进轴系扭转振动特性

以某滚装船双燃料发动机及动力系统为例,研究在燃油、双燃料模式下扭转振动激励力矩的差异及其对于发动机扭振响应的影响,分析推进轴系的扭转振动特性,并对扭振测试结果进行分析。研究结果表明:在燃油与天然气双燃料模式下,后者的扭振激励力矩较大;在燃油与天然气双燃料模式下,虽然曲轴扭振应力变化不大,发动机、推进轴段、发电机转子扭振响应均发生显著的变化。

车用重型柴油机排放测试循环设定与拓展研究

由于部分车辆如城市环卫车、自卸车和城市物流车等在低速低负荷下的运行工况占比较大。但国六重型柴油机在进行型式排放认证时的排放测试循环(WHTC)的较低负荷(20%以下)的占比仅为58.1%,缺乏高低负荷突变等典型特征的覆盖,这会导致该类认证无法有效评估发动机低负荷运行时的NO_(x)排放特性。因此,研究重型柴油机车辆在低速低负荷下的NO_(x)排放水平对未来的国家标准制定具有一定参考意义。本文对国六重型柴油机的台架非标准排放测试(WNTE)的循环控制区域进行了重新设定,重点研究柴油机低负荷下的NO_(x)排放。研究将WNTE循环控制区域的转速范围设定在发动机怠速到n30之间,负荷范围设定在0~20%范围内。并选用额定功率为130kW、280kW和413kW的三台柴油机,进行多组相应设定的WNTE试验。试验结果显示,三台发动机的NO_(x)排放均有超出GB 17691—2018要求限值的情况,超出的范围为17.3%~627%。

低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机

基于奥托循环的燃烧特点与需求,从柴油机空燃比和增压器特性两方面对低速双燃料柴油机奥托循环下的增压器配机进行分析。柴油机100%负荷处的压比流量应处于增压器的压力流量特性图的中心位置,在高负荷区域预估的增压器效率、扫气压力、扫气量尽可能稍大于设计要求,尽可能采用最小喷嘴环设计,增压器压气机工作线应处于高效区域。在此基础上对X92DF柴油机开展配机策划和试验验证。试验结果表明:该柴油机各项性能满足设计要求,增压器达到预期效果。

可变喷嘴增压器与增压柴油机的匹配试验研究

在CA498Z柴油机上进行了可变喷嘴增压器(VNT)的匹配试验研究。试验结果表明,VNT可以在发 动机的整个转速范围内和CA498Z柴油机实现良好的匹配。VNT显著提高了发动机外特性的低速转矩,降低了外 特性的排气烟度。扩大了该柴油机低油耗区的转速范围,改善了整机的燃油经济性。

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.

大型船舶低速柴油机柔性曲轴三维振动

运用模态综合法对大型船舶低速柴油机机体和曲轴有限元模型进行缩减,获得二者弹性流体动力润滑耦合下计入非线性缩减的系统动力方程,采用时域积分的Newmark方法进行数值求解.二者间接触力根据Reynolds方程和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,运用有限体积法获得.由此建立大型船舶低速柴油机柔性曲轴与柔性机体耦合下的三维振动计算模型,通过与经典模型计算结果对比,该建模方法和模型得到验证.结果表明:该计算模型能够同时获得曲轴瞬态整体扭振、横振和纵振三维振动形貌;曲轴的横振和纵振呈典型非线性分段特性;曲轴水平横振较垂直横振对轴瓦的振动冲击危害更大.该建模方法有益于进一步揭示曲轴的振动机理,为曲轴优化提供参考.

基于瞬时转速的增压柴油机指示转矩估计

为了提高动态工况平均指示转矩的估计精度,首先结合理论与试验分析得到了发动机平均指示转矩与1谐次缸压幅值和相角的计算式;进而通过试验标定了发火谐次转速幅值与1谐次缸压幅值的线性关系,同时根据1谐次缸压幅值、1谐次纯燃烧缸压相角和进气压力计算1谐次缸压相角;最终利用DSP数据处理系统实现了发火谐次转速幅值的在线实时计算.利用试验验证了该方法不需要重构缸压,满足在线指示转矩估计算法实时性要求,在恒转速增减转矩过程中获得了相对平均误差为3.07%,的转矩估计结果.

氨/柴油燃烧模型构建及低速机性能优化

基于化学反应动力学及三维计算流体动力学(CFD)耦合开展了低压氨/柴油双燃料低速机的燃烧和排放仿真研究.构建了氨/柴油双燃料机理,其滞燃期、层流火焰速度及重要组分浓度的计算结果与试验结果吻合良好;在CONVERGE中建立了低速船机的三维CFD模型,确定了G方程模型中NH3燃料层流火焰速度的经验参数,研究了压缩比和当量比对氨/柴油双燃料低速机性能的影响.结果表明:适当提高压缩比可以改善氨着火燃烧的稳定性,压缩比为14.5可获得较高效率并将最大爆发压力控制在合理范围;氨燃料当量比在0.410附近性能达到最优,当量比更高使着火过于提前、燃烧温度大幅提高,导致热效率下降和NO_(x)排放明显升高,而当量比更低时指示热效率降低.在当量比为0.410、压缩比为14.5时氨/柴油双燃料低速机获得了效率及排放相互折衷下的最优值.

转矩传感器在柴油机低温阻力矩中的应用

基于转矩传感器的工作原理,设计了转矩传感器的温度和相位差补偿电路;构造了新型的柴油机低温起动阻力矩的测试方案,进行了转矩传感器的性能试验和不同低温和转速下的柴油机阻力矩测试试验。结果表明:转矩传感器用来测试低温起动阻力矩和转速的准确度分别达到0.6%、0.5%,满足柴油机低温起动系统测试指标的要求;准确地测得了在不同转速和不同温度下的阻力矩性能曲线,同时也能判断出柴油机的起动转速和起动功率等性能参数的变化趋势及规律,为柴油机、电动机和蓄电池等低温起动部件的优化匹配提供了理论依据。

SK-01型船用柴油机轴功率遥测系统

SK-01型船用柴油机轴功率遥测系统采用TT10K扭矩遥测系统、J12-D4NK磁阻传感器和NI USB-6009数据采集卡,开发了基于LabVIEW的轴功率测量软件,应用应变式测量法实现了船用柴油机轴功率的精确测量,实现了数据的实时显示、存储、调用和分析处理。成功地用于实船测量数据,测量结果表明,系统具有较高的准确性和可靠性。

柴油机起动电机低温起动特性优化匹配

基于柴油机低温起动条件,通过对影响起动电机低温起动的主要特性(起动功率、起动转矩和转速)进行优化分析,实现了起动电机和柴油机合理匹配;利用径向基神经网络(RBFNN)和遗传算法(GA)融合理论,预测出满足低温起动的起动电机合理的结构参数;在环境温度-25℃下,进行了柴油机低温起动试验,对电动机的起动电压、起动电流、起动转矩及起动转速等性能参数进行了测试。结果表明:进行柴油机低温起动时,优化后的起动电机最大起动功率为2.58 kW,比原机增加了18.3%;平均拖动转矩为105 N.m,比原机增加了7.1%;拖动柴油机的平均转速为225 r/min,比原机提高了16%;保证了低温工况柴油机快速、可靠地起动。

利用预喷射降低柴油机低速全负荷黑烟排放

针对一台产品电控柴油机,分析了其低速全负荷工况下黑烟产生的原因,并针对黑烟产生的原理进行了降低其黑烟排放的研究工作,采用了增加喷射压力、改变喷油定时和采用预喷射等一系列方法。其中利用预喷射形成预混合燃烧降低了柴油机低速全负荷排气烟度,经过分析和试验达到了预期的效果。研究结果表明,部分预喷射柴油的充分蒸发和混合减少了产生黑烟的富混合气区域,同时,少量预喷射燃油的提前放热减少了主喷射燃烧时的温度梯度,这些因素都有效地减少了柴油机黑烟排放。但与优化的无预喷射方式相比,预喷射方式的燃油消耗略有升高。

高压射流辅助能量供给对柴油机性能影响

为解决增压中冷车用柴油机低速大负荷性能恶化问题,建立了基于实时数据采集的高压射流辅助能量供给 (High pressure air spray assistant power supply,HPAS)试验系统;结合HPAS前后发动机实时性能变化历程阐述了 HPAS在低速全负荷工况对供气特性、动力性和烟度的改善情况。试验结果表明,在辅助能量存在状态下进气压力、进气量会增加,其增加的幅度随转速的不同而不同;在特定工况下利用辅助能量的扰动作用可以使发动机稳定在性能更佳的工况;采用HPAS技术在800 r·min-1、全负荷工况动力性可提高6．9%;在辅助能量存在时发动机的烟度会大幅度下降,在1000 r·min-1全负荷工况烟度下降12个烟度单位,其下降幅度可达50％。

低速高压共轨柴油机喷油规律计算

针对大型低速高压共轨柴油机的燃油喷射压力高、油量大,目前没有仪器可直接测量其喷油规律等问题,提出了通过试验测量喷油压力、气缸压力以及建立喷油器模型计算喷油规律的方法.使用AMESim计算软件建立柴油机多孔喷油器模型;在RT-Flex 60C型柴油机高压共轨系统硬件在环(HIL)仿真试验台上,测量不同工况下高压油管出口压力并输入模型,计算得到针阀升程、喷油器喷油率、喷油器单孔喷油率和压力等特征曲线,以及180 s的喷油量和泄漏油量.结果表明,计算的针阀升程曲线与仿真试验台实测曲线基本吻合,180 s喷油量和泄漏油量与实机实测值基本一致.

大型智能化低速柴油机高压共轨系统HIL仿真试验平台设计与实现

在RT-Flex60C大型智能化低速柴油机的高压共轨系统、WECS控制系统和推进控制系统基础上,增加低压供油单元和压缩空气单元,结合自主开发的实时仿真单元和信号采集单元搭建了大型智能化柴油机高压共轨系统硬件在环仿真试验平台。试验结果表明:试验平台性能稳定可靠,能如实反映高压共轨系统在真实机器上的工作过程,以及可变喷油正时、可变排气门开启和可变排气门关闭的特点。为大型智能化低速柴油机高压共轨系统的特性分析、执行机构的性能验证以及控制系统的测试提供了试验平台。

低速柴油机变流量冷却方法的研究

根据低速柴油机的输出功率 ,采用变冷却水流量的方法对气缸套进行冷却可有效控制气缸壁内表面的温度 ,从而改善低速柴油机的工作性能。研究了实现变流量冷却的具体方法 ,并通过水力计算和实验对所提出的方法进行了验证。其结果表明 :目前大多数低速柴油机缸套冷却水系统的设计违背了变流量冷却的宗旨 ;采用合适的节流装置以及合适特性的三通阀可实现变流量冷却 ;

世界及我国船用低速柴油机行业发展研究

文章介绍了世界和我国船用低速柴油机行业的市场规模和竞争格局,分析了我国船用低速柴油机行业在产业集中度、二轮配套能力、自主创新能力和组织管理等方面存在的问题,并就如何提升行业竞争力,给出加大核心配套能力建设、加大高端产品的引进消化吸收等几点建议。