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双燃料发动机油气双闭环控制策略应用研究(2)

时间:2015-10-29 11:43 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:宋恩哲,吴世鸣,姚崇 点击次数:


  进行切入双燃料模式的试验前,先在纯柴油模 式将发动机转速调节到800r/min,再调节测功机扭 矩将功率调整到140kW,首先标定一组油气切换燃 气步长MAP,在此工况点将油气切换开关切到双燃 料模式,记录该过程燃气喷射脉宽以及发动机转速 数据。然后,在该工况点通过改变油气切换燃气步 长MAP重复进行切入双燃料模式的试验,获得不同 加气速率下发动机转速波动的数据,试验结果如图 10。从中可以看出,在同一工况点,图9 (1)、图9 (2)、图9 (3)、图9 (4)切入双燃料模式加气速 率逐渐増高,转速波动也逐渐加大,转速超调量分别为 19r/min、27r/min、32r/min、37r/min,并且转速稳定时间也变长。由此可见,在切入双燃料模式的过程中应该缓慢加气,以期实现切换过程发动机平稳运行。另外,也进行了从双燃料模式切入纯柴油模式的对比试验,试验结果同样表明缓慢减气发动机运行较平稳。
  3.4双燃料调速试验
  调速试验分为稳态和动态,该试验可以验证改装后的双燃料发动机是否满足正常的使用。
  (1)稳态试验
  选取800r/min、140kW工况点让发动机稳定运行在纯柴油模式一段时间,转速波动如图10(1), 转速波动在±4r/min之间。在相同的工况点切入双 燃料模式并运行一段时间,得到如图10(2)中转速和 燃气喷射脉宽的波动曲线,从中可以看出燃气喷射 脉宽基本保持不变,转速同样在±4r/min之间波动。 通过对比可以得出,稳态工况下燃气调速效果和纯 柴油调速效果相当。
  (1)动态试验
  同样选取800r/min转速下进行纯柴油模式和双 燃料模式突加突卸负载的试验。由于该水力测功机 在低负载下即使快速改变目标扭矩其输出功率也是 缓慢变化,而在高负载下快速改变目标扭矩其输出 功率可以快速变化,为了更好地试验调速性能,因 此选取800r/min、140kW突加80kW至220kW进行 突加部分负载试验,并在800r/min、220kW下突卸 80kW进行突卸部分负载试验。
  如图10(3)中可知纯柴油模式突加80kW功率时, 转速超调量为43r/min,稳定时间为5.2s。从图10(4) 中可以看出双燃料模式突加80kW功率时,转速超调 量为52r/min,稳定时间为6.3s。双燃料模式突加部 分负载时燃气喷射脉宽与转速呈现负相关变化。从 图10(5)中可知纯柴油模式突加80kW功率时,转速 超调量为49r/min,稳定时间为5.4s。从图10(6)中可 以看出双燃料模式突加80kW功率时,转速超调量为 56r/min,稳定时间为6.7s。双燃料模式突卸部分负 载时燃气喷射脉宽与转速同样呈负相关变化。通过 对比可以发现,突加和突卸部分负载时燃气调速的 性能与纯柴油调速的性能相当,能满足船用发动机 的要求。
  3.5纯柴油/双燃料对比试验
  从图11推进工况下两种模式的NOx排放量中可 以看出较低转速时双燃料模式NOx的排放量要低于 纯柴油模式,而高转速时则出现相反的现象。这是 由于低转速低负荷时,虽然两种模式下缸内都是富 氧环境,但是纯柴油模式时扩散燃烧期相对较长, 这就给燃烧产物提供了较长的滞留时间,増加了 NOx 的产生量。高转速高负荷时,双燃料模式由于燃气 量加大,燃气-空气混合气引起的预混燃烧期延长, 最高燃烧温度要比纯柴油高,导致双燃料模式NOx 排放较高,图11是推进工况下两种模式的NOx排放 量除以最大值得出的数值。
  图11推进工况下两种模式的NOx排放量 从图12推进工况下两种模式的HC排放量中可 以看出,推进工况下两种模式的烟度都随转速的上 升而増高,但是双燃料模式的烟度要小于纯柴油模 式。碳烟是由于喷入缸内的油柱局部出现空气不足 的过浓混合区,燃油在高温下缺氧的条件下裂解、 聚合生成的。可见,碳烟主要是由燃油产生。因此, 纯柴油模式推进工况下,喷入缸内的燃油随转速而 増多,势必会造成碳烟的増加;双燃料模式下,由 于部分燃油被燃气取代,碳烟自然减少。,图12是 推进工况下两种模式的烟度除以最大烟度值值得出 的数值4结论
  基于当量燃料的油气双闭环控制策略通过实际 配机验证表明:改装后的双燃料发动机在结构不变 的情况下,増大替代率对于HC以及排温影响较大, 需要根据运行状况选择合理的替代率;基于当量燃 料的油气双闭环控制策略的双燃料发动机能够平稳 进行油气切换和调速,保证船舶的正常运行,同时 在排放方面也有一定优势。
  参考文献:
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