新型船用中速柴油机性能优化设计探讨

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摘要：探讨了新型船用中速柴油机工作过程数值的计算，分析了新型船用中速柴油机故障仿真，研究了新型船用中速柴油机燃油喷射系统的性能优化设计。

关键词：新型船用中速柴油机；优化设计；数值计算

引言

随着近几十年来国际经济的发展与国际航运事业的进步，作为主推动力装置的新型中速柴油机的性能与质量问题越来越受到人们的关注。因此，进行新型船用中速柴油机性能的优化设计，有利于对中速柴油机的工作原理进行仿真，应用网络信息技术对其发生的故障进行科学模拟，对其成本进行虚拟化的测试，缩短了产品研发的周期，降低了产品的生产成本，实现了生产企业经济效益和社会效益的获得，有利于我国柴油机制造水平的全面提高。因此，需要对于新型船用中速柴油机工作过程数值的计算、故障仿真分析、燃油喷射系统的性能优化问题进行科学研究与分析。

1新型船用中速柴油机工作过程数值的计算

新型船用中速柴油机具有众多的工作特点，因此需要对工作过程的数值进行科学计算，以便于在此基础上进行柴油机数据信息的收集，对于设计模型的正确性进行科学验证。具体来讲，可以从以下方面进行工作，对新型船用中速柴油机的工作数值进行科学计算。1）对新型船用中速柴油机增压压力进行科学选取。比如：对于柴油机的转速、废气排温、气缸的平均有效压力等进行科学计算，提高柴油机的经济性，延长其使用寿命。2）进行柴油机压缩比的选取。比如：通过对于柴油机压缩比的选取可以测试出柴油机的启动性能与爆发压力，以此进行柴油机性能指标的改进，完善柴油机的结构。3）进行柴油机配气相位的科学选取，有利于优化柴油机的指标性能。4）进行柴油机燃烧始点数值的科学选取。5）进行实验数值与负荷特性曲线的仿真。比如：对柴油机的实验结果进行仿真，对新型柴油机的负荷特性曲线进行充分了解。6）对于新型船用中速柴油机的试验结果进行充分的验证。比如：进行测试时间、地点、对象的选取，对于新型船用中速柴油机的性能参数与负荷特性曲线进行充分的对比，减少设计的误差，使其达到工程设计的数值要求[1]。

2新型船用中速柴油机故障仿真分析

在柴油机的设计中一种重要的内容是进行故障问题的仿真分析与诊断，以便于解决新型船用中速柴油机的故障问题，提升在应用时的质量与水平，减少故障问题发生的概率，延长其使用寿命。具体来讲，需要进行故障问题设定，可以从以下方面进行故障仿真分析。1）压缩比变化。在一般情况下，出现压缩比的变化主要是柴油机的气阀、活塞环、气缸垫等出现了错位或者是磨损等问题造成了一定的间歇而导致的。2）曲轴箱窜气。润滑油供给不足或者是效果不佳、活塞环超出使用的寿命或者是磨损过度等问题都会导致曲轴箱窜气问题的产生。3）柴油机供油量不均衡。此类问题的发生会严重影响到这种新型船用柴油机的性能，不利于今后的使用。因此，需要有关的设计人员进行此类问题的科学研究，并且制定出具体的解决方案[2]。4）喷油正时故障。喷油正时故障的发生会导致这种新型船用柴油机的功率受到严重的影响。因此，有关的设计人员需要对喷油正时故障问题进行仿真化的模拟。5）涡轮增压器效率故障。这种故障问题的发生会严重影响到柴油机的功率，长时间得不到有效的解决会使得柴油机的部件受到严重的磨损，最终出现停滞的问题。6）中冷器换热故障。7）中冷器压力损失故障。中冷器压力损失故障的发生主要是由于中冷器进气侧管道堵塞问题引起的。因此，进行中冷器压力损失故障的仿真模拟，有利于从设计阶段就对中冷器进气侧管道进行结构的优化，防止此类问题在柴油机使用的过程中发生。8）排气阀故障。排气阀封闭的不紧密或者是发生了正时故障都会导致排气阀故障问题的产生，最终会影响到新型船用柴油机的性能与质量。因此，需要对排气阀故障进行仿真化的模拟分析，并且进行设计方案上的重新优化调整，提高柴油机的水平与工作效率[3]。

3新型船用中速柴油机燃油喷射系统的性能优化设计

进行这种新型船用柴油机原始参数的计算，主要的目的在于保障燃油喷射系统的性能达到设计的要求。具体来讲，需要对喷油泵的供油量进行计算；对凸轮接触应力进行计算；对出油阀流通截面进行科学计算；对喷油器进行科学计算。进行新型船用柴油机性能的优化设计离不开应用现代的网络信息技术进行网络设计模型的构建。因此，需要建立起科学的新型船用柴油机性能模型，并且对燃油喷射系统的各个部件进行全面的模拟仿真测试。具体来讲，需要将喷油泵、卸载出油阀、高压油管、喷油器等各个方面的具体初始参数在这个燃油喷射系统网络模型中全面输入，并且进行科学运算，依据计算的结果，对新型船用柴油机设计的燃油喷射系统进行验证，对于发现的不足之处全面改进，以达到优化柴油机性能的目的[4]。进行新型船用柴油机燃油喷射系统的优化设计，可以从以下几方面来进行，从而全面提升柴油机燃油喷射系统的质量与水平，为柴油机整体性能的进步打好基础。1）对于凸轮曲线进行优化设计。比如：提高凸轮曲线的速度、进行线型的陡峭模式设计，使得柴油在柴油机燃油喷射系统中的喷射压力达到最高值。2）进行新型船用柴油机燃油喷射系统中柱塞直径的优化设计。根据柴油机燃油喷射的规律可以了解到柱塞运动的速度和横截面的乘积与燃油喷射的压力成正比。因此，具体的优化设计方式为增大柱塞直径，使得燃油喷射量增加，最终提高柴油机燃油喷射系统的工作效率，提高整个柴油机的性能与水平[5]。3）需要对高压油管进行优化设计。原因在于，高压油管的长度、管径都对柴油机燃油喷射系统的性能产生直接的影响。因此，首先需要对高压油管进行短小化的设计，提高其防振的性能。其次，要保持各缸高压油管的长度一致，使得各缸喷油保持一致，保障燃油喷射系统具有很强的稳定性。4）对于蓄压腔进行科学的设计有利于提高柴油机燃油喷射系统的性能。进行此项工作有利于蓄压腔容积的增大，使得燃油喷射系统的喷射压力呈减少的趋势，最终满足柴油机对于燃油喷射系统的设计要求，有利于保障柴油机性能的提升。5）需要对于柴油机燃油喷射系统的针阀升程进行优化设计，使得柴油机燃油喷射系统具有良好的节流作用，提高柴油机燃油喷射系统的喷射速率。6）需要对柴油机燃油喷射系统的喷孔进行科学设计，提升燃油的雾化质量，最终提升柴油机工作的性能。具体来讲，首先对孔径进行优化设计，增强喷油的压力。其次，进行孔数的优化设计，使得孔数更好地满足柴油机燃油喷射系统的喷射要求，为提高柴油机的整体性能发挥出重要的作用。通过以上六种主要的方法，可以对柴油机燃油喷射系统的质量与性能进行全面提升，最终保障这种新型船用中速柴油机的质量与性能，使其在使用的过程中具有优良的使用效果与良好的使用质量，在长时间的使用中发挥出应有的功能[6]。

4结语

对于新型船用中速柴油机性能进行科学的优化设计，有利于全面提高这种柴油机的制造水平，使其在使用的过程中发挥出应有的功能，为我国航运事业的进步作出新的贡献。

参考文献

[1]张东明,平涛,陈志忠.基于DoE的船用中速柴油机性能优化仿真[J].内燃机工程,2016(1):93-97.

[2]余永华,唐俊,韩冬,等.船用中速柴油机燃油系统升级改造仿真分析[J].大连海事大学学报,2016(3):111-117.

[3]张慧,金玉山,张东明,等.船用中速柴油机SCR系统匹配与试验研究[J].柴油机,2016(4):15-19.

[4]范保庆.中速船用柴油机主要部件的有限元最优化结构设计[J].船舶工业技术经济信息,1998(8):33-38.

[5]方峰.船用柴油机的生产现状与发展[J].江苏船舶,2008(5):17-20.

[6]孙洪杰.新型船用中速柴油机性能优化设计[D].武汉:武汉理工大学,2011.

作者：钱超 朱文彬 范科健 单位：常柴股份有限公司