【摘要】：國際海事組織(IMO)日益嚴(yán)格的排放法規(guī)實(shí)施,促使船舶發(fā)動(dòng)機(jī)向著高效低排放方向發(fā)展。天然氣的低廉價(jià)格和缸內(nèi)燃燒的低排放特點(diǎn),使得高效低排放的天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研究已成為船舶發(fā)動(dòng)機(jī)的重要研究方向之一�？刂葡到y(tǒng)直接控制天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射和過量空氣系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù),它是保障發(fā)動(dòng)機(jī)高效低排放和安全運(yùn)行的主要部件之一,其中控制策略是其核心技術(shù)。開展船用中速天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略研究,對(duì)于我國自主開發(fā)船用中速天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以船用中速天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象,依據(jù)控制功能需求搭建了基于快速原型的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng);制定了天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)過程的控制策略;研究分析了發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饽Ｊ降膯?dòng)控制策略;分析制定了發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鈬娚淦胶獾目刂撇呗浴Ｑ芯咳〉昧艘韵轮饕Y(jié)論:(1)分析了天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的控制功能和信號(hào)特點(diǎn),搭建了發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架,設(shè)計(jì)了基于快速原型的集噴射與調(diào)速控制單元、監(jiān)測控制單元和安全保護(hù)單元為一體的天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。(2)分析了天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)過程的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化和系統(tǒng)響應(yīng)延遲等特性,提出了變?cè)隽康陌l(fā)動(dòng)機(jī)PID動(dòng)態(tài)控制方法,據(jù)此制定了發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)過程、燃料模式切換和爆震及失火等控制策略,在硬件在環(huán)仿真平臺(tái)進(jìn)行了控制邏輯與控制策略的仿真試驗(yàn),結(jié)果證實(shí)了控制策略的合理性和有效性。(3)進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)過程、燃料模式切換、燃?xì)饽Ｊ酵８走\(yùn)行、燃?xì)鈬娚鋮?shù)優(yōu)化、引燃參數(shù)優(yōu)化和過量空氣系數(shù)優(yōu)化等試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了相關(guān)控制策略的有效性。結(jié)果表明:低負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饽Ｊ酵８走\(yùn)行的燃料消耗率和HC排放減少,但瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)和NOx排放則增加;燃?xì)鈬娚涮崆敖请S發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的升高而增大,優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)荷的燃?xì)鈬娚涮崆敖?引燃油量和引燃提前角隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增加而增大,優(yōu)化了循環(huán)引燃油量、引燃提前角和過量空氣系數(shù)。(4)分析了火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)燃室與主燃室過量空氣系數(shù)的相互關(guān)系和影響微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)著火的主要參數(shù),建立了基于AVL Fire的預(yù)燃室火花點(diǎn)火和微噴引燃兩種不同點(diǎn)火方式的發(fā)動(dòng)機(jī)三維模型,計(jì)算確定了兩種點(diǎn)火方式發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)的條件,據(jù)此制定了不同的啟動(dòng)控制策略,試驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)燃室火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制策略是啟動(dòng)初期關(guān)閉預(yù)燃室進(jìn)氣;微引燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饽Ｊ秸?dòng)的過量空氣系數(shù)為1.5-1.75,微引燃油量大于180 mg/cyc。(5)分析了影響發(fā)動(dòng)機(jī)各缸氣缸壓力差異性的原因,據(jù)此指定了基于進(jìn)氣歧管壓力波動(dòng)的各缸燃?xì)鈬娚淞啃拚椒ê突诒l(fā)壓力的燃?xì)鈬娚淦胶饪刂品椒?并通過臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了兩種方法控制的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明,發(fā)動(dòng)機(jī)額定負(fù)荷兩種平衡控制策略的爆發(fā)壓力波動(dòng)率分別為4.7%和4.2%,而無平衡控制時(shí)的爆發(fā)壓力波動(dòng)率為12.0%,采用平衡控制策略減少了發(fā)動(dòng)機(jī)各缸爆發(fā)壓力不均勻性和波動(dòng)率。
【圖文】：

[1]顯示，工業(yè)革命以來燃燒化石能源產(chǎn)生的污染物排放快速增長，如圖1-1所示。全球溫室氣體排放增長的主要因素是燃燒化石能源產(chǎn)生的CO2氣體且占比大，其中交通運(yùn)輸工具的排放量占比為13.1%，如圖1-2所示。在歐美等發(fā)達(dá)國家，交通運(yùn)輸工具的排放占比甚至超過了25%，其主要排放源是內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的CO2、NOx和SOx氣體等[2][3]。圖 1-1 隨時(shí)間變化的全球排放曲線船舶作為世界貿(mào)易的主要運(yùn)載工具，是污染物排放的主要貢獻(xiàn)體之一。據(jù)2009 年國際海事組織（IMO）研究報(bào)告，2007 年全球航運(yùn)業(yè) CO2排放量約為10.46 億噸，占全球 CO2排放總量的 3.3%。IMO 制定了船舶的排放法規(guī)

2氣體且占比大，其中交通運(yùn)輸工具的排放量占比為13.1%，如圖1-2所示。在歐美等發(fā)達(dá)國家，交通運(yùn)輸工具的排放占比甚至超過了25%，其主要排放源是內(nèi)燃機(jī)燃燒產(chǎn)生的CO2、NOx和SOx氣體等[2][3]。圖 1-1 隨時(shí)間變化的全球排放曲線船舶作為世界貿(mào)易的主要運(yùn)載工具，，是污染物排放的主要貢獻(xiàn)體之一。據(jù)2009 年國際海事組織（IMO）研究報(bào)告，2007 年全球航運(yùn)業(yè) CO2排放量約為10.46 億噸，占全球 CO2排放總量的 3.3%。IMO 制定了船舶的排放法規(guī)，從 2000年起實(shí)施了第一階段(Tier I)的 NOx 排放限值；第二階段(Tier II)的 NOx 排放限
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U664.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 翁雨波;陳文波;;穹頂之下的航運(yùn):船舶污染排放現(xiàn)狀及治理[J];船舶標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量;2015年02期

2 彭?xiàng)?;LNG“以氣代油”在我國遠(yuǎn)洋運(yùn)輸中的應(yīng)用探討[J];中國水運(yùn)(下半月);2015年02期

3 司榮軍;;溫度壓力耦合對(duì)甲烷爆炸極限影響的試驗(yàn)研究[J];安全與環(huán)境學(xué)報(bào);2014年04期

4 ;交通運(yùn)輸部《關(guān)于推進(jìn)水運(yùn)行業(yè)應(yīng)用液化天然氣的指導(dǎo)意見》[J];船舶物資與市場;2014年01期

5 任韶然;李�？�;李磊兵;張亮;王芳;;惰性及特種可燃?xì)怏w對(duì)甲烷爆炸特性的影響實(shí)驗(yàn)及分析[J];天然氣工業(yè);2013年10期

6 高瑩;李曉曉;姜在先;曹志浩;張蕾;葛迪;劉鵬;李書華;;引燃柴油噴射時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)直噴天然氣燃燒的影響[J];車用發(fā)動(dòng)機(jī);2013年04期

7 王衛(wèi)琳;林權(quán);;采用LNG作為船用燃料的探討[J];煤氣與熱力;2013年03期

8 李樹生;白書戰(zhàn);邢小偉;賈迎軍;李國祥;;預(yù)燃室參數(shù)對(duì)大缸徑天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程影響的研究[J];內(nèi)燃機(jī)工程;2012年06期

9 宋建桐;張春化;陳金柱;;過量空氣系數(shù)對(duì)柴油引燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的影響[J];石油與天然氣化工;2012年06期

10 王魯星;田明;韓有臣;;LNG點(diǎn)亮中國船用燃料市場新前景[J];國際石油經(jīng)濟(jì);2012年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李坤穎;柴油/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒策略的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

2 焦運(yùn)景;稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程研究和燃燒系統(tǒng)開發(fā)[D];天津大學(xué);2009年

3 周能輝;汽油HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)反饋控制的研究[D];天津大學(xué);2007年

4 竇慧莉;電控噴射稀燃天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張浩;停缸技術(shù)對(duì)柴油機(jī)性能影響的仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 張立浩;船用發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)[D];武漢理工大學(xué);2017年

3 王桂新;船用中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)微引燃策略仿真研究[D];武漢理工大學(xué);2017年

4 湯自麗;船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真平臺(tái)的開發(fā)[D];武漢理工大學(xué);2016年

5 李曉曉;柴油引燃缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)爆震燃燒過程的仿真研究[D];吉林大學(xué);2015年

6 段聯(lián)超;柴油/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒循環(huán)變動(dòng)研究[D];吉林大學(xué);2015年

7 曹亮成;船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)LNG摻燒量電子控制器的研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

8 管鑫;噴油規(guī)律對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的影響[D];吉林大學(xué);2014年

9 紀(jì)霏霏;燃燒室形狀對(duì)柴油天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒影響的研究[D];吉林大學(xué);2014年

10 馬志超;船舶發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2611791