李軍 韓永紅

中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)部調(diào)試班 四川資陽(yáng) 641301

柴油機(jī)作為船舶的主要?jiǎng)恿ρb置，其性能的好壞直接影響到船舶航行的安全和效率。對(duì)柴油機(jī)故障進(jìn)行精確模擬和仿真，可以了解柴油機(jī)在不同故障情況下內(nèi)部參數(shù)的變化。本文根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)模擬軟體升壓和主柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了柴油機(jī)工作過(guò)程數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，主要內(nèi)容如下。

（1）采用容積法模型將復(fù)雜的柴油機(jī)模型簡(jiǎn)化為幾個(gè)簡(jiǎn)單獨(dú)立的子模塊，包括汽缸模型、增壓器模型、空冷器模型和進(jìn)排氣模型，最終建立柴油機(jī)的整機(jī)數(shù)學(xué)模型[1]。

（2）根據(jù)柴油機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行柴油機(jī)工作模型的標(biāo)定，確保建立的柴油機(jī)模型具有較高的仿真精確性。

（3）在75%負(fù)荷工況下，基于建立的柴油機(jī)模型，對(duì)柴油機(jī)故障進(jìn)行仿真，故障類型包括噴油器針閥磨損、堵塞、噴油過(guò)早或過(guò)遲、油管漏油等。從數(shù)值分析的角度解釋故障現(xiàn)象，探索柴油機(jī)主要性能參數(shù)變化的規(guī)律，為診斷結(jié)果提供依據(jù)。

1 柴油機(jī)主要參數(shù)

采用容積法模型，不用考慮空間上的不均勻性和湍流等細(xì)節(jié)問(wèn)題，只需對(duì)各個(gè)工作過(guò)程做宏觀上的數(shù)學(xué)描述，然后求解微分方程即可。本文建模仿真的柴油機(jī)為某船用中速柴油機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 某船用中速柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 模型仿真計(jì)算與驗(yàn)證

參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2至表3。燃燒放熱規(guī)律用Vibe曲線擬合，基本形狀與低速柴油機(jī)實(shí)際發(fā)熱率曲線相似，通過(guò)傳熱模型中的各參數(shù)值來(lái)構(gòu)建柴油機(jī)的仿真模型，模擬柴油機(jī)工作時(shí)缸內(nèi)的參數(shù)變化[2]。

表2 仿真全局參數(shù)

表3 汽缸參數(shù)

3 故障仿真實(shí)例與分析

3.1 噴油器針閥磨損

當(dāng)噴油器針閥磨損時(shí)，缸內(nèi)燃燒最大溫度和最大壓力明顯升高，故障缸的有效功率增加，這是由于當(dāng)噴油器針閥磨損時(shí)，會(huì)造成燃油的滴漏現(xiàn)象，使噴入缸內(nèi)的燃油增壓，故障缸的燃燒最大溫度和最大壓力升高，做功增加。由于本模型柴油機(jī)有16個(gè)缸，單缸燃油消耗率增加并不能使總?cè)加拖穆拭黠@增加，總?cè)加拖穆瘦p微增加[3]。

3.2 噴油器噴油過(guò)早

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，最敏感的熱工參數(shù)為最大溫度和最大壓力，這是因?yàn)閲娪吞崆?，燃燒起始時(shí)間也同步提前，使得缸內(nèi)燃燒開(kāi)始時(shí)活塞仍處于上行狀態(tài)，活塞上行壓縮缸內(nèi)氣體使得缸內(nèi)最大溫度和最大壓力升高，但由于缸內(nèi)燃燒釋放的能量有一部分用于克服活塞上行做功，使得燃油消耗率增加，同時(shí)缸內(nèi)最大溫度和最大壓力還會(huì)使缸內(nèi)機(jī)械負(fù)荷增加，容易對(duì)燃燒室部件造成損害。

3.3 噴油器油嘴堵塞

柴油機(jī)燃油雜質(zhì)過(guò)多及燃燒不良時(shí)會(huì)在燃燒室內(nèi)部結(jié)炭，當(dāng)結(jié)炭發(fā)生在噴油器噴嘴上時(shí)會(huì)造成噴油器噴嘴結(jié)炭，使得噴油器噴油減少甚至停止噴油，當(dāng)噴油器油嘴堵塞時(shí)，單缸的最大溫度、最大壓力及單缸有效功率明顯降低，這是由于噴油器油嘴堵塞會(huì)使得噴油量減少，噴油持續(xù)時(shí)間縮短，缸內(nèi)燃燒釋放功降低，缸內(nèi)最大溫度及最大壓力明顯降低。同時(shí)由于噴入的燃油減少，該缸的有效功率明顯降低。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立船用中速柴油機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)工作過(guò)程仿真模擬，并從數(shù)目分析角度，探索柴油機(jī)主要性能參數(shù)變化規(guī)律，為故障診斷提供依據(jù)。