船用柴油机输出扭矩影响因素及优化

论文摘要

柴油机作为船舶最重要的设备，对其性能研究一直是相关领域最重要的研究内容之一。本文以Anqing Daihatsu6PSTdM-26H型柴油机为研究对象，通过建立柴油机曲柄滑块机构精确的动力学模型，对其求解,研究喷油提前角、喷油量和燃烧持续角的改变对输出扭矩的影响;通过优化方法得到最佳的喷油正时、喷油量和燃烧时长。其研究结果对提高柴油机效率和智能柴油机控制具有重要指导意义。首先，本文采用Kane方法的分析力学对曲柄-连杆机构进行力学建模，得到输出扭矩的精确的动力学模型；其次，根据能量、质量守恒和气体状态方程，对气缸的工作过程进行详细的分析，用Matlab/Simulink模块进行计算和仿真；最后，在Visual C#2008的开发环境下计算和设计仿真软件，通过人机交互界面，改变喷油提前角、喷油量和燃烧持续角等数据，得出各参数影响输出扭矩的变化曲线，并在此基础上，局部优化，给出最优提前角和喷油量等主要参数。计算和仿真结果表明，用Kane方法建立的力学模型是正确的，而且仿真结果更接近真实值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 曲柄-连杆机构的动力学分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 Kane 方法简介
• 2.2.1 偏速度、偏角速度
• 2.2.2 广义主动力、广义惯性力
• 2.3 Kane 方程
• 2.4 Kane 方程的实际应用
• 2.5 柴油机曲柄-连杆机构的 Kane 动力学方程
• 2.5.1 r=1 时的一般 Kane 方程
• 2.5.2 曲柄-连杆机构的 Kane 方程
• 2.6 小结
• 第3章 基于 Kane 方法的曲柄-连杆机构的动力学建模
• 3.1 引言
• 3.2 曲柄的偏速度、偏角速度和惯性力计算
• 3.3 活塞的偏速度和惯性力计算
• 3.4 连杆的偏速度、偏角速度和惯性力计算
• 3.5 小结
• 第4章 缸内气体压力的数学建模
• 4.1 引言
• 4.2 基本微分方程
• 4.2.1 能量守恒方程
• 4.2.2 质量守恒方程
• 4.2.3 理想气体状态方程
• 4.3 缸内工作过程的气体力变化规律
• 4.3.1 压缩和膨胀过程的气体力变化规律计算
• 4.3.2 燃烧过程的气体力变化规律计算
• 4.3.3 排气过程的气体力变化规律计算
• 4.3.4 进气过程的气体力变化规律计算
• 4.3.5 进排气叠开过程的气体力变化规律计算
• 4.4 工质特性参数计算
• 4.4.1 瞬时过量空气系数
• 4.4.2 气体常数、比热容、绝热指数
• 4.5 小结
• 第5章 柴油机曲轴连杆机构动力学仿真与分析
• 5.1 气缸压力仿真的实现
• 5.1.1 MATLAB/SIMULINK 的特点
• 5.1.2 S-函数的工作原理
• 5.1.3 缸内压力输出的 Simulink 模块
• 5.1.4 缸内压力计算的 Simulink 模块
• 5.2 C#与 Simulink 的连接
• 5.2.1 Simulink 模块转化为 C/C++代码
• 5.2.2 仿真软件实现
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.3.1 不同喷油提前角的仿真
• 5.3.2 不同燃烧持续角的仿真
• 5.3.3 不同喷油量的仿真
• 5.3.4 Kane 方法与图解法的比较
• 5.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在学期间发表的学术论文