船用低速智能柴油机工作过程建模与仿真研究

【摘要】：智能柴油机在商船上得到越来越广泛的应用,建立能准确反映智能柴油机动力装置稳态和瞬态性能的数学模型对动力装置的控制、仿真和性能分析都有着重要意义。 本文以Wartsila 7RT-flex60C型柴油机作为建模仿真对象,开展了如下研究： (1)对现有容积法模型进行改进,使工作过程划分随工况变化而引起的喷油正时、排气正时变化而动态变化,建立智能柴油机工作过程动态数学模型。根据工作过程动态数学模型,利用Matlab/simulink仿真软件建立工作过程动态仿真模型。动态数学模型的仿真结果与台架试验数据吻合良好,仿真示功图与实测示功图基本重合,动态变化过程符合实际情况,计算速度满足实时仿真的要求。 (2)对Wartsila 7RT-flex60C电控柴油机燃油共轨系统分析,建立数学模型。利用Matlab/simulink仿真软件建立燃油共轨系统仿真模型,分析改变燃油轨压力、喷油正时、共轨阀结构参数以及伺服油轨控制阀结构参数对柴油机燃油喷射过程的影响；与智能柴油机工作过程仿真模型进行联合仿真。通过联合仿真得到了典型工况下燃油共轨系统燃油轨压力曲线和喷嘴腔压力曲线,反应了不同工况下轨压波动情况、喷油定时以及喷油时长,并通过仿真计算得到燃油轨工作压力、喷油量和共轨管容积对轨压力波动的影响。仿真结果表明,所建燃油共轨系统数学模型较为准确,动态变化过程符合实际情况。 (3)将Web3D技术(VRML技术、JAVA技术、动画脚本语言、媒体技术)应用于船用智能柴油机视景仿真,建立了智能柴油机的整体结构及气缸内部结构三维视景模型。以C++语言为工具,开发接口和通信程序,实现了柴油机视景仿真模型与工作过程仿真模型、共轨系统仿真模型的动态交互。该研究为开发网上发布、实时交互的智能柴油机虚拟训练系统奠定了坚实基础。 柴油机建模与仿真是船舶动力装置研究的一个重要方面,文中利用改进的容积法模型建立了7RT-flex60C型柴油机工作过程数学模型、燃油共轨系统数学模型,并利用Matlab/simulink仿真软件建立了工作过程和共轨系统仿真模型,以及基于Web3D技术的视景仿真模型,并实现了视景仿真模型与工作过程、共轨系统仿真模型的动态交互。这为新一代智能柴油机轮机模拟器研制奠定了良好基础。