船舶柴油机燃油系统建模与仿真研究

时间：2020-12-18 20:01:09　来源：雅意学习网本文已影响人

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　　摘要：本文选择泵-管-嘴柴油机燃油系统为研究对象，以AVL HYDSIM为仿真平台，搭建从燃油凸轮、喷油泵、高压油管等直到喷嘴端的物理数学模型，并验证该仿真模型的可行性。
　　关键词：柴油机；燃油系统；仿真建模
　　1柴油机燃油系统的简化
　　对于整个燃油系统而言，若能建立从喷油泵经高压油管到喷油嘴各个环节的数学物理模型，并理清各参数之间的联系，便不难采用数值计算的方式得出泵端压力、针阀升程、喷油规律等特征参数信息[1]。但是根据现有掌握的资料不能保证数学模型的完整性和准确性，故本文首先对燃油喷射系统进行结构拆分和简化，主要的组成部分有：凸轮、柱塞、进回油孔、出油阀、高压油管、针阀和喷嘴，简化后的模型如图1-1所示[2]。
　　2柴油机燃油系统模型搭建
　　分析对比了大量柴油机燃油系统资料后，从中选择以16V280型柴油机的燃油系统为仿真模拟对象，基本结构参数参见参考文献[3][3]。需要说明的是，在建模过程中会有一部分系数、初始值从参考资料中无法获取，故将选择采用的是建模软件推荐值。完成燃油系统的连接简化处理及分析后，选用HYDSIM软件来建立燃油系统的仿真模型模型搭建如图1-2所示。
　　3燃油系统仿真模型验证
　　如图2-1，模型的结构搭建工作基本完成，接着依次完成对燃油系统凸轮模块、柱塞模块、进（回）油口模块、出油阀模块、针阀模块、喷嘴模块、泵阀腔室模块及边界条件模块共九大模块的参数设置，计算得出一系列反映系统状态的参数曲线。模型可行性的验证将以X280柴油机燃油系统的实测数据作为依据，采用特征曲线形态结构对比的方式进行验证。
　　模型计算所得针阀升程曲线及X280柴油机燃油系统针阀升程曲线分别如图3-1、3-2所示：
　　X280柴油机针阀在23.9612°凸轮转角开启，45.7914°凸轮转角关闭，针阀开启持续期为21.8302°凸轮转角，模型数据依次为24.759°凸轮转角，42.875°凸轮转角和18.117°凸轮转角。结合图3-1、3-2可以看出，两者针阀升程曲线走势一致，而且满足喷油持续期小于28°凸轮转角的设计要求。
　　从图3-3中的喷油规律曲线来看，喷油初期和后期曲线都较为陡峭，且前陡后缓，形状趋向于矩形，并且未出现断点喷射，符合理想形状，喷油率在凸轮转角35.91°时达最高值124.569mm3/deg；总循环喷油量在凸轮转角大概43.491°后显示1635.46mm3，这与预设状态相符。
　　通过多组特征曲线对比，可以基本确定该模型能够反映柴油机一定的燃油喷射特性，能够为故障诊断算法的研究设置若干种故障工况，并提供相应故障数据。
　　4 总结
　　柴油机燃油系统的工作过程可以用一系列微分方程来描述，用计算机对这些微分方程进行数值求解，最终获得各参数的变化规律，这种方法已经能在燃油系统设计中得以很好的运用。在对柴油机进行故障仿真计算时，尽管其结果与实际测量值相比还有一定的差距，但却拥有更丰富的信息量和更少的實验成本，解决了特征参数实际测量困难的问题，对指导研究其故障征兆和现象的联系具有重要意义。但由于柴油机燃油系统结构复杂而精细，其故障的成因和现象还需要进一步探讨，而且故障样本有限，需要更多专家的经验值和实测故障数据的积累来完善故障样本，修正故障样本的正确性。
　　参考文献
　　[1]潘瑞.船舶柴油机燃油系统的建模与仿真研究[D].大连海事大学，2008.
　　[2]丁俊杰.X280柴油机燃油系统的仿真研究[D].哈尔滨工程大学，2009.
　　[3]陈永旺.16V280柴油机燃油系统故障诊断系统的研究[D].上海交通大学，2011.
　　（作者单位：四川交通职业技术学院）

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