基于模型的船用双燃料发动机优化标定

发布时间：2020-05-17 09:12

【摘要】：排放法规的日益严格,对发动机性能优化及标定技术提出了更高的要求。2018年7月,中国针对船用发动机开始实施第一阶段排放法规,为使船用发动机满足排放法规,标定工程师不得不采取新的技术对发动机进行优化标定。传统的标定方法费时费力,且需要依靠丰富的标定经验。目前国内大多数院校及企业针对发动机标定采用了基于模型的标定技术,这一技术可快速标定发动机,使其满足排放法规要求。本文着眼于柴油/天然气双燃料发动机排放性及经济性的优化,双燃料发动机性能优化的目标主要有两个:一方面在双燃料发动机纯柴油模式下,满足一阶段内河排放法规的同时使发动机经济性得到较好的优化;另一方面通过对双燃料发动机排放特性及经济性的优化研究,为双燃料发动机整机的优化做好准备。针对以上两个目标,本文主要工作内容及结论有如下两方面:1)双燃料发动机纯柴油模式整机多目标优化标定:在船用发动机第一阶段排放法规将要实施的前提下,为兼顾发动机经济性与排放性,采用了基于模型的多目标优化标定方法。根据排放法规要求并结合船用发动机推进特性工况点,采用混合实验设计(DoE)设计实验工况点,在发动机台架上收集发动机实验数据。通过对实验数据的分析建立优化标定模型,以经济性最好及氮氧化物+碳氢化合物(NOx+HC)排放最小为目标,其它排放物及排温为约束条件,使用基于Pareto概念的遗传算法进行优化求解。验证结果表明:法规排放点满足船用发动机一阶段排放法规要求,NOx+HC、油耗分别比原机降低了12.34%、3.65%,一氧化碳(CO)、颗粒物(PM)相对于原机降低33.29%、13.21%;推进特性下工况点也得到了较好的优化效果。2)双燃料发动机双燃料模式的多目标优化研究:在双燃料模式下以转速1440r/min,发动机负载为满负荷的70%工况点为研究对象,采用田口实验设计的方法以发动机控制参数为设计变量进行实验设计,以实验结果为依据,通过灰度理论获取发动机综合质量特性。将综合质量特性灰度值作为因变量,以发动机控制参数为自变量建立数学模型,并采用遗传算法对最佳的综合质量特性控制参数进行寻优。实验结果表明:发动机综合质量特性灰度值预测结果与实验结果误差为6.6%,优化结果相对于原机综合质量特性提高了19.5%。
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船舶,废气,香港环境,能源经济

图 1.2 新车能源经济性放与控制变成港口城市污染的主要来源。根据香港环境保护舶排放的氮氧化物、二氧化硫、PM10 以及 PM2.5 分%、38%和 44%[3]。随着环境污染加剧，船舶排放也越动机排放要求日趋严格，但是国内针对船舶的大气2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040年012345/百公里升

数据建模,多目标优化,技术流程

Maloney 等人采用该技术与 GT-POWER 发动机模型相结合，运用空间填充的方法设计实验方案，采用径向基神经网络拟合发动机响应模型，以油耗最小、最少为优化目标对一台虚拟四缸汽油发动机的点火正时及进排气凸轮正时进行标定。Guerrier 等人[21]对比了空间填充实验设计与经典实验设计下模型拟合的区证明了二阶模型效果比一阶模型更好，，以二阶模型中的径向基神经网络为模型缸汽油机的排放数据进行拟合，优化了点火正时、EGR 等变量。Carter 等人[22]术路线以发动机扭矩、IMEP(平均指示压力)、COV(变异系数)为限制条件对一动机点火正时与 VVT(气门正时)进行了标定，大大提高了标定效率。Sangki Par3]研究了实验点个数对模型精度与泛化性能的影响，Sangki Park 的研究表明使用经网络拟合模型时 80 个实验点就可以实现对实验边界的良好预测，通过对柴喷正时、主预喷间隔角、轨压、两次喷射油量等变量的优化标定使油耗、PM 和降低了 3.43%、6.24%、11.35%。Mrudula Singh 等人[24]采用该技术对一台四缸喷油压力、喷油正时、主喷油量、EGR 等变量进行了标定。Sumit Roy 等人[25] Pareto 概念的遗传算法对一台柴油/天然气双燃料发动机的 PM、CO、油耗进
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.1

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