船用低速柴油機電控系統(tǒng)特性仿真分析及控制參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、船用低速柴油機廣泛用于大型油船、集裝箱船和散貨船等船舶的主推進動力，其發(fā)展的目標是低排放、低油耗和高可靠性。采用共軌和電控技術的船用低速柴油機，實現(xiàn)了燃油噴射壓力、噴油量、噴油提前角和排氣正時的柔性控制，優(yōu)化了柴油機各工況的經濟性和排放性，滿足了船用柴油機TireⅡ排放法規(guī)要求。開展船用低速柴油共軌電控系統(tǒng)特性及控制策略研究，對于我國自主開發(fā)船用低速柴油機電控系統(tǒng)具有十分重要的意義。
　　本文以RT-Flex型船用低速柴油機為對象

2、，研制船用低速柴油機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)(Hardware in the loop，HIL)仿真平臺，分別建立了燃油噴射控制系統(tǒng)仿真模型和船用低速柴油機性能仿真模型，采用平臺試驗和仿真計算等技術手段，研究了電控燃油噴射和排氣正時控制策略，進行了基于柴油機仿真模型的多參數(shù)綜合優(yōu)化，論文的主要研究內容和結論如下:
　　(1)在分析W(a)rtsil(a)5RT-Flex60C型船用低速柴油機共軌電控系統(tǒng)結構、工作原理和控制功能的基礎上，研

3、制了船用低速柴油機電控系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺，主要包括試驗平臺執(zhí)行機構的改造和簡化、柴油機實時仿真模型的建立和平臺試驗管理系統(tǒng)的開發(fā)。研制的HIL仿真試驗平臺能較好地反映出共軌電控系統(tǒng)的結構和功能特征，為后續(xù)控制策略和基于仿真模型的系統(tǒng)性能研究提供了試驗條件。
　　(2)通過對比分析仿真平臺與柴油機臺架試驗數(shù)據(jù)，驗證了平臺的功能和精度能夠滿足柴油機電控系統(tǒng)仿真試驗的技術要求。通過對仿真平臺試驗數(shù)據(jù)的分析，揭示了電控系統(tǒng)燃油噴射和排氣

4、閥控制策略:燃油軌壓采用閉環(huán)和前饋修正的控制算法;噴射定時控制與柴油機轉速、掃氣壓力和燃油軌壓相關聯(lián);噴油脈寬隨柴油機負荷提高而逐漸增加;低負荷下各缸噴油器按一定間隔時間輪換工作;伺服油軌壓和排氣閥開啟持續(xù)角度隨柴油機負荷提高而增加;排氣閥開啟定時與柴油機轉速和排氣關閉角度相關，而排氣閥關閉定時則只與柴油機轉速相關。
　　(3)建立了燃油噴射控制系統(tǒng)仿真模型，對比分析仿真計算與平臺試驗結果，驗證了仿真模型的正確性和準確性。通過仿真

5、模型研究高壓共軌燃油噴射控制系統(tǒng)主要狀態(tài)參數(shù)和結構參數(shù)對噴油規(guī)律的影響，燃油共軌壓力、噴油器噴孔直徑和高壓油管直徑影響噴射期高壓油管管內維持壓力和噴油率，伺服油共軌壓力影響噴射開始期間高壓油管管內壓力和噴油率的上升速率;滑閥升程影響噴射結束時高壓油管管內壓力和噴油率;高壓油管長度影響高壓油管管內壓力和噴油率的相位。仿真計算得到了噴油器噴油率曲線，為柴油機整機性能仿真計算提供了燃油系統(tǒng)的邊界條件。
　　(4)建立了柴油機工作過程仿真

6、模型，對比分析性能仿真計算與試驗臺架試驗結果，驗證了仿真模型的正確性和精度。采用中心復合全析因試驗設計的方法，分析了四個重要控制參數(shù)及其之間的交互作用對柴油機排放和功率的影響，燃油軌壓、噴射起始角和排氣閥關閉角是影響柴油機NOx排放主要因素，各控制參數(shù)之間的耦合交互作用對柴油機NOx排放影響不顯著;控制參數(shù)各自對柴油機功率的影響顯著，參數(shù)間耦合交互作用則不明顯;以降低柴油機NOx排放為目標，柴油機功率為約束條件，采用NLPQL算法進行各