4190柴油机燃油系统与燃烧室形状优化匹配仿真研究

发布时间：2017-10-10 11:38

  本文关键词：4190柴油机燃油系统与燃烧室形状优化匹配仿真研究

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【摘要】：石油资源的日益短缺和排放法规的要求越来越严格对船舶柴油机的经济性和排放性提出了更高的要求。电控化改造后的柴油机喷射系统匹配合适的燃烧室是实现节能减排的有效措施之一。本文研究4190型柴油机燃油喷射系统的机械式喷油泵改造成电控组合泵后,匹配不同形状的燃烧室,实现燃油喷射压力提升的同时又保证良好的缸内燃烧质量。本文利用AMESim仿真软件建立燃油喷射系统仿真模型,用实验数据验证模型,应用一次回归正交设计方法安排各参数进行仿真优化试验,得到试验要求的优化参数组合,并利用AVL-FIRE软件建立4190型柴油机不同形状燃烧室缸内高压循环模型,应用正交试验设计方法与二次正交试验设计方法对参数进行匹配研究。首先,在建立的燃油系统喷射模型基础上,分析凸轮型线速度、柱塞直径、喷孔数、喷孔直径、高压油管长度及直径等单参数变化对喷油规律的影响。以提高喷油压力为优化目标,应用一次正交试验设计方法对多参数进行匹配试验,分析结果表明,柱塞直径、凸轮型线速度、喷孔直径对喷油规律影响较大;参数组合:10×0.22-15.0-0.46-900-1.4、8×0.26-15.0-0.46-900-1.4、6×0.30-15.0-0.46-900-1.4(喷孔数×孔径/mm-柱塞直径/mm-凸轮型线速度mm/°CA-油管长度/mm-油管直径/mm)满足电控组合泵装配设计喷油压力的要求。其次,利用AVL-FIRE建立的缸内高压循环模型,采用单参数轮换分别研究第三章优化所得燃油系统结构参数组合、燃油喷射参数中的喷油提前角、油束夹角、以及不同口径比的各形状的燃烧室对燃烧性能与排放的影响。最后,应用单因素优化方法、正交试验设计方法、二次正交回归设计方法对燃烧系统多参数进行优化匹配,对三种优化方法得到的优化结果进行比较分析,得到分别以油耗率、指示功率、NOx排放量为评价指标的优化参数组合与二次回归方程,指导柴油机改造。
【关键词】：4190柴油机 燃油喷射系统 仿真 正交设计 正交回归设计 优化
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 选题的背景和意义10-11
• 1.2 国内外柴油机系统参数优化匹配的研究现状11-12
• 1.2.1 国外发展现状11
• 1.2.2 国内发展现状11
• 1.2.3 国内外研究现状分析11-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 第2章 燃油喷射系统仿真模型的建立14-23
• 2.1 电控组合泵燃油喷射系统的组成及原理14-16
• 2.1.1 电控组合泵燃油喷射系统的组成14-15
• 2.1.2 电控组合泵燃油喷射系统工作过程及原理15-16
• 2.2 电控燃油喷射系统数学模型16-19
• 2.2.1 电磁运动方程16-17
• 2.2.2 控制阀杆运动方程17
• 2.2.3 针阀运动方程17
• 2.2.4 高压油管压力波动方程17-18
• 2.2.5 喷孔流量系数方程18
• 2.2.6 柱塞单元运动数学模型18-19
• 2.3 AMESIM建立电控组合泵仿真模型19-21
• 2.3.1 AMESim仿真软件的介绍19
• 2.3.2 电控组合泵燃油喷射系统仿真模型的建立与验证19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第3章 电控组合泵燃油喷射系统结构参数性能优化23-32
• 3.1 燃油喷射系统各结构参数对喷射性能的影响分析23-25
• 3.1.1 喷孔数×喷孔直径23
• 3.1.2 柱塞直径23-24
• 3.1.3 凸轮型线速度24
• 3.1.4 油管长度24-25
• 3.1.5 油管直径25
• 3.2 燃油喷射系统参数优化匹配25-30
• 3.2.1 一次回归正交试验设计25-27
• 3.2.2 试验数据处理27
• 3.2.3 回归方程的建立27-28
• 3.2.4 方差分析28-29
• 3.2.5 燃油喷射系统参数优化方案的确定29-30
• 3.3 本章小结30-32
• 第4章 喷射系统参数对不同燃烧室缸内燃烧特性的影响32-57
• 4.1 计算对象及缸内燃烧模型的建立32-34
• 4.1.1 计算对象32
• 4.1.2 几何仿真模型的建立32-33
• 4.1.3 数学模型的选取及模型的验证33-34
• 4.2 喷孔数对缸内燃烧与排放性能的影响分析34-41
• 4.2.1 喷孔数对缸内油气混合的影响分析34-39
• 4.2.2 喷孔数对缸内排放性能的影响分析39-40
• 4.2.3 喷孔数对动力性与经济性能的影响分析40-41
• 4.3 油束夹角对缸内燃烧与排放性能的影响分析41-49
• 4.3.1 油束夹角对油气混合过程的影响分析41-43
• 4.3.2 油束夹角对燃烧过程及性能的影响分析43-46
• 4.3.3 油束夹角对排放性能的影响分析46-47
• 4.3.4 油束夹角对动力性与经济性的影响分析47-49
• 4.4 喷油提前角对燃烧排放的影响分析49-55
• 4.4.1 喷油提前角对缸内燃烧过程的影响分析49-53
• 4.4.2 喷油提前角对排放性能的影响分析53-54
• 4.4.3 喷油提前角对动力性与经济性影响分析54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 柴油机燃烧系统多参数匹配研究57-72
• 5.1 试验设计方法的简介57
• 5.1.1 正交试验设计的简介57
• 5.1.2 二次回归正交试验设计的简介57
• 5.2 基于正交设计法的燃烧系统多参数优化匹配研究57-62
• 5.2.1 因数和水平的确定57-59
• 5.2.2 正交方案设计及结果59
• 5.2.3 正交试验表头设计59-60
• 5.2.4 仿真结果分析60-62
• 5.3 基于二次回归正交设计法的燃烧系统多参数优化匹配研究62-69
• 5.3.1 因素水平编码63-66
• 5.3.2 回归模型的建立与验证66-68
• 5.3.3 燃烧系统参数的优化68-69
• 5.4 燃烧系统参数优化方案的确定69-71
• 5.4.1 以油耗率为评价指标的优化方案70
• 5.4.2 以指示功率为评价指标的优化方案70-71
• 5.4.3 以NOx排放量为评价指标的优化方案71
• 5.5 本章小结71-72
• 第6章 结论和展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-77
• 在学期间科研成果情况77

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本文编号：1006152