【摘要】：排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化及標(biāo)定技術(shù)提出了更高的要求。2018年7月,中國(guó)針對(duì)船用發(fā)動(dòng)機(jī)開始實(shí)施第一階段排放法規(guī),為使船用發(fā)動(dòng)機(jī)滿足排放法規(guī),標(biāo)定工程師不得不采取新的技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且需要依靠豐富的標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)院校及企業(yè)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定采用了基于模型的標(biāo)定技術(shù),這一技術(shù)可快速標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī),使其滿足排放法規(guī)要求。本文著眼于柴油/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放性及經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化,雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化的目標(biāo)主要有兩個(gè):一方面在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)純柴油模式下,滿足一階段內(nèi)河排放法規(guī)的同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性得到較好的優(yōu)化;另一方面通過對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性及經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化研究,為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的優(yōu)化做好準(zhǔn)備。針對(duì)以上兩個(gè)目標(biāo),本文主要工作內(nèi)容及結(jié)論有如下兩方面:1)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)純柴油模式整機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化標(biāo)定:在船用發(fā)動(dòng)機(jī)第一階段排放法規(guī)將要實(shí)施的前提下,為兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性與排放性,采用了基于模型的多目標(biāo)優(yōu)化標(biāo)定方法。根據(jù)排放法規(guī)要求并結(jié)合船用發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)特性工況點(diǎn),采用混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工況點(diǎn),在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上收集發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析建立優(yōu)化標(biāo)定模型,以經(jīng)濟(jì)性最好及氮氧化物+碳?xì)浠衔?NOx+HC)排放最小為目標(biāo),其它排放物及排溫為約束條件,使用基于Pareto概念的遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化求解。驗(yàn)證結(jié)果表明:法規(guī)排放點(diǎn)滿足船用發(fā)動(dòng)機(jī)一階段排放法規(guī)要求,NOx+HC、油耗分別比原機(jī)降低了12.34%、3.65%,一氧化碳(CO)、顆粒物(PM)相對(duì)于原機(jī)降低33.29%、13.21%;推進(jìn)特性下工況點(diǎn)也得到了較好的優(yōu)化效果。2)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)雙燃料模式的多目標(biāo)優(yōu)化研究:在雙燃料模式下以轉(zhuǎn)速1440r/min,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載為滿負(fù)荷的70%工況點(diǎn)為研究對(duì)象,采用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法以發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),通過灰度理論獲取發(fā)動(dòng)機(jī)綜合質(zhì)量特性。將綜合質(zhì)量特性灰度值作為因變量,以發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)為自變量建立數(shù)學(xué)模型,并采用遺傳算法對(duì)最佳的綜合質(zhì)量特性控制參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:發(fā)動(dòng)機(jī)綜合質(zhì)量特性灰度值預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差為6.6%,優(yōu)化結(jié)果相對(duì)于原機(jī)綜合質(zhì)量特性提高了19.5%。
【圖文】：

圖 1.2 新車能源經(jīng)濟(jì)性放與控制變成港口城市污染的主要來源。根據(jù)香港環(huán)境保護(hù)舶排放的氮氧化物、二氧化硫、PM10 以及 PM2.5 分%、38%和 44%[3]。隨著環(huán)境污染加劇，船舶排放也越動(dòng)機(jī)排放要求日趨嚴(yán)格，但是國(guó)內(nèi)針對(duì)船舶的大氣2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040年012345/百公里升

Maloney 等人采用該技術(shù)與 GT-POWER 發(fā)動(dòng)機(jī)模型相結(jié)合，運(yùn)用空間填充的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)模型，以油耗最小、最少為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)一臺(tái)虛擬四缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)及進(jìn)排氣凸輪正時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。Guerrier 等人[21]對(duì)比了空間填充實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)下模型擬合的區(qū)證明了二階模型效果比一階模型更好，，以二階模型中的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為模型缸汽油機(jī)的排放數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，優(yōu)化了點(diǎn)火正時(shí)、EGR 等變量。Carter 等人[22]術(shù)路線以發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、IMEP(平均指示壓力)、COV(變異系數(shù))為限制條件對(duì)一動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)與 VVT(氣門正時(shí))進(jìn)行了標(biāo)定，大大提高了標(biāo)定效率。Sangki Par3]研究了實(shí)驗(yàn)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)模型精度與泛化性能的影響，Sangki Park 的研究表明使用經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合模型時(shí) 80 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)邊界的良好預(yù)測(cè)，通過對(duì)柴噴正時(shí)、主預(yù)噴間隔角、軌壓、兩次噴射油量等變量的優(yōu)化標(biāo)定使油耗、PM 和 降低了 3.43%、6.24%、11.35%。Mrudula Singh 等人[24]采用該技術(shù)對(duì)一臺(tái)四缸噴油壓力、噴油正時(shí)、主噴油量、EGR 等變量進(jìn)行了標(biāo)定。Sumit Roy 等人[25] Pareto 概念的遺傳算法對(duì)一臺(tái)柴油/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的 PM、CO、油耗進(jìn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U664.1

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本文編號(hào)：2668284