船用低速柴油機(jī)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(jī)廣泛用于大型油船、集裝箱船和散貨船等船舶的主推進(jìn)動(dòng)力，其發(fā)展的目標(biāo)是低排放、低油耗和高可靠性。采用共軌和電控技術(shù)的船用低速柴油機(jī)，實(shí)現(xiàn)了燃油噴射壓力、噴油量、噴油提前角和排氣正時(shí)的柔性控制，優(yōu)化了柴油機(jī)各工況的經(jīng)濟(jì)性和排放性，滿足了船用柴油機(jī)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(jī)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(jī)為對象

2、，研制船用低速柴油機(jī)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(jī)性能仿真模型，采用平臺試驗(yàn)和仿真計(jì)算等技術(shù)手段，研究了電控燃油噴射和排氣正時(shí)控制策略，進(jìn)行了基于柴油機(jī)仿真模型的多參數(shù)綜合優(yōu)化，論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)在分析W(a)rtsil(a)5RT-Flex60C型船用低速柴油機(jī)共軌電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理和控制功能的基礎(chǔ)上，研

3、制了船用低速柴油機(jī)電控系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺，主要包括試驗(yàn)平臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造和簡化、柴油機(jī)實(shí)時(shí)仿真模型的建立和平臺試驗(yàn)管理系統(tǒng)的開發(fā)。研制的HIL仿真試驗(yàn)平臺能較好地反映出共軌電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(yàn)條件。
　　(2)通過對比分析仿真平臺與柴油機(jī)臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了平臺的功能和精度能夠滿足柴油機(jī)電控系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的技術(shù)要求。通過對仿真平臺試驗(yàn)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(shí)控制與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、掃氣壓力和燃油軌壓相關(guān)聯(lián);噴油脈寬隨柴油機(jī)負(fù)荷提高而逐漸增加;低負(fù)荷下各缸噴油器按一定間隔時(shí)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(jī)負(fù)荷提高而增加;排氣閥開啟定時(shí)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和排氣關(guān)閉角度相關(guān)，而排氣閥關(guān)閉定時(shí)則只與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)。
　　(3)建立了燃油噴射控制系統(tǒng)仿真模型，對比分析仿真計(jì)算與平臺試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了仿真模型的正確性和準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)壓力和噴油率的上升速率;滑閥升程影響噴射結(jié)束時(shí)高壓油管管內(nèi)壓力和噴油率;高壓油管長度影響高壓油管管內(nèi)壓力和噴油率的相位。仿真計(jì)算得到了噴油器噴油率曲線，為柴油機(jī)整機(jī)性能仿真計(jì)算提供了燃油系統(tǒng)的邊界條件。
　　(4)建立了柴油機(jī)工作過程仿真

6、模型，對比分析性能仿真計(jì)算與試驗(yàn)臺架試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了仿真模型的正確性和精度。采用中心復(fù)合全析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，分析了四個(gè)重要控制參數(shù)及其之間的交互作用對柴油機(jī)排放和功率的影響，燃油軌壓、噴射起始角和排氣閥關(guān)閉角是影響柴油機(jī)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(jī)NOx排放影響不顯著;控制參數(shù)各自對柴油機(jī)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(jī)NOx排放為目標(biāo)，柴油機(jī)功率為約束條件，采用NLPQL算法進(jìn)行各