摘 要

近几年来，随着计算机技术和AVL BOOST软件的迅猛发展，使得计算机仿真技术成功应用到柴油机的仿真分析中，使得人们告别了用纯数学方法或者实机实验来解决问题，逐渐脱离了经验、半经验阶段，对柴油机科研领域的发展起到了至关重要的作用。要通过AVL BOOST软件对柴油机排气系统故障仿真，首先要通过不断地修正创建一个符合实际工况的柴油机模型，然后在该仿真模型上通过改变特定参数来进行排气系统故障仿真，最后观察并收集故障数据，以便将来建立数据库，应用于故障诊断。

本文的研究对象是二冲程直喷6K90MC-C型船用柴油机。在文中创建了柴油机工作过程的数学模型，利用AVL BOOST软件建立了6K90MC-C型船用低速柴油机模型，使该模型在额定工况下进行模拟计算，将选定的热工参数的计算值与实验值对比。结果显示，该仿真模型与实际柴油机额定工况下运行的数据误差在2％内，从而验证了模型的正确性。最后通过改变特定参数来模拟排气系统的故障，对比正常工况参数，总结并收集了故障发生时的热工参数，同时借用形象的图形对模拟后的运行结果进行分析。分析表明，排气管堵塞、燃烧持续期过长、涡轮增压器转速下降都会使燃油消耗率升高，有效功率下降，导致排气总管内的压力温度不断升高，柴油机的转速下降。

关键词:AVL BOOST软件；6K90MC-C型柴油机；排气系统故障仿真

Abstract

In recent years, with the rapid development of computer technology and AVL BOOST software, computer simulation technology has been successfully applied to the simulation analysis of diesel engine, making people bid farewell to the use of pure mathematical methods or real machine experiments to solve the problem, gradually out of experience, Semi-empirical stage, the development of diesel engine research has played a crucial role. Through the AVL BOOST software to simulate the diesel exhaust system failure, we must first create a diesel engine model which is in accordance with the actual conditions, and then simulate the exhaust system fault by changing the specific parameters on the simulation model. Collect fault data, in order to establish a database in the future, applied to fault diagnosis.

The object of this paper is two-stroke direct injection 6K90MC-C marine diesel engine. The model of 6K90MC-C low-speed diesel engine was established by using AVL BOOST software, and the model was simulated and calculated under the rated working conditions. The calculated values of the selected thermal parameters were compared with those of the experiment. Value comparison. The results show that the simulation model is within 2% of the actual operating conditions of the diesel engine, thus verifying the correctness of the model. Finally, by changing the specific parameters to simulate the failure of the exhaust system, compare the normal working conditions parameters, summarize and collect the thermal parameters when the fault occurs, and use the image of the simulation of the simulation results after the analysis. The analysis shows that the exhaust pipe is blocked and the combustion duration is too long. The decrease of the turbocharger speed will increase the fuel consumption rate and the effective power drop, which will lead to the increase of the pressure temperature in the exhaust manifold and the decrease of the diesel engine speed.

Key words：AVL BOOST software；6K90MC-C diesel engine ；exhaust system fault simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 柴油机排气系统故障仿真的国外动态 1

1.2.2 柴油机排气系统故障仿真的国内动态 2

1.3 研究目标与内容 3

第2章 柴油机工作过程数学模型 4

2.1 气缸内模型 4

2.2 燃烧模型 4

2.3 气缸壁面的传热 5

2.4 排气系统模型 6

2.5 进气系统模型 6

2.6 涡轮增压器模型 6

2.7 中冷器模型 7

2.8 排气管模型 7

第3章 基于AVL BOOST软件6K90MC-C型柴油机仿真模型 8

3.1 AVL BOOST软件简介 8

3.2 柴油机建模 8

3.3 柴油机仿真模型及参数的选定 9

3.3.1 仿真模型的整机参数选定 9

3.3.2 柴油机仿真模型各元件模块参数选定 9

3.4 柴油机模型验证 11

3.5 本章小结 13

第4章 柴油机排气系统故障仿真及分析 14

4.1 排气系统故障仿真方案 14

4.2 实验报告的设计 14

4.3 典型排气系统故障仿真结果分析 15

4.3.1 排气管路堵塞 15

4.3.2 燃烧持续期过长 17

4.3.3 涡轮增压器转速下降 20

4.4 本章小结 23

第5章 结论与展望 25

5.1 全文总结 25

5.2 工作展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

众所周知，主要是是凭借进、排气口之间的压力差来完成二冲程柴油机的换气，在换气过程中空气的消耗量较大，所消耗的功也较多，加上二冲程柴油机的气缸容积得不到充分利用等换气特点，因此换气过程的完善程度对柴油机的功能起着决定性作用^[1]。柴油机正常运转的条件是作为柴油机五大系统之一的排气系统，将燃烧产生的废气排入外界大气中。柴油机的排放特性、动力性、经济性及可靠性都由柴油机的排气系统直接影响着，排气系统也决定着柴油机工作时间的长短。因为工作性质的需要，柴油机往往运行在恶劣的外界条件下，空气质量也比较差，再加上排气系统的各部件又长期工作在高温高压的内部环境中，在内外条件的共同影响下排气系统更容易发生故障，对船舶安全运行产生重要影响，要想保持其长期的高效的运行，因而对大型二冲程柴油机排气系统展开故障仿真这领域的研究具有重要意义。

对于柴油机工作过程的研究主要采用实验和仿真技术两种手段。近几年来，计算机技术已经广泛用于各行各业，随着计算机仿真技术的不断优化成熟，计算机仿真技术在柴油机运行，试验和分析设计中预测和提高柴油机性能中成了必不可少的方法。在当今的学术发展水平和科学水平下,我们要想解决与实际实验测量数据基本一致的模拟结果,首先想到的是通过创建物理化学模型来使方程更加简化。目前，采用实验方法研究工作过程中,不仅循环周期长、成本高、适应性差,而仿真技术能在很大程度上减少工作量，降低实验成本。