船舶柴油机示功图测量系统研制

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1课题背景及意义第1章绪论柴油机热效率高、功率范围大、机动性好等优点使其广泛应用工业、农业、军事和交通运输等各个行业，在动力机械中已占据极为重要的地位。柴油机的结构复杂、零部件多且相互关联、气缸内的工作环境十分恶劣等，使柴油机发生故障的可能性增大【¨。且这些故障一旦发生，使柴油机不能正常运行，甚至造成巨大的经济损失。为了掌握柴油机运行状态，避免事故的发生，20世纪80年代以来，国内外相继开展了对柴油机诊断监测技术的研究，以实现在线监测和诊断【2】【3】。各工业发达国家十分重视内燃机燃烧的研究工作。提高发动机燃烧效率和降低

2、排放需要对其性能进行深入研究。内燃机的动力性、经济性及排放特性与其燃烧过程有着密切的关系。燃烧过程与其主要工作特性、功率，效率和排放以及部分的机械和热负荷、噪音、振动等都直接而紧密地相耦合，改进和完善内燃机的总体性能和局部特性需要进行燃烧过程优化m。气缸压力示功图是描述柴油机动力性能的基本手段，它综合反映了柴油机输出机械功的热力转换过程。测量气缸压力示功图的实质是测量气缸中气体压力随时间(或曲轴转角、气缸容积)变化的信号。气缸压力示功图的面积代表柴油机气缸内一个工作循环所作的指示功，利用气缸压力示功图可研究柴油机缸内的燃烧过程、燃烧放热率、气体与缸

3、壁传热过程、进排气过程以及提取故障信息用于诊断。示功图也是计算柴油机指示功率、负荷调整和分析、确定最高爆发压力和压缩压力和计算缸内温度等的重要依据，示功图既是柴油机性能参数计算和放热规律分析的依据，又是柴油机燃烧过程数学模拟精确程度的评价标准141。利用实测示功图可以计算柴油机的燃烧放热规律，对实际柴油机的燃烧过程进行分析，可研究其循环变动、摩擦损失和泵气损失等【5】161。随着能源短缺和排放法规的逐步加严，更加关注内燃机的环保和节能主题。自上世纪60年代以来，内燃机有害排放产物及其控制的研究一直是燃烧领域最活跃的研究课题。随着各国排放法规的日趋严

4、格，低排放已经成为发动机进入市场的前提条件，考虑经济性对燃油经济性要求也越来越高。武汉理工大学硕士学位论文示功图的准确测量在柴油机的测试中占有非常重要的地位，气缸压力示功图的测量和分析对于改善柴油机的工作性能，进行柴油机最优点火控制或喷油时刻控制，排放控制以及状态监测和故障诊断都具有非常重要的作用。综上所述，对柴油机进行及时准确的监测与诊断、降低油耗和控制排放已成为内燃机研究热点，性能先进的气缸压力测量系统对于内燃机的研究工作前提，鉴于目前一套内燃机性能测量系统的价格不菲，开发一套具有自主知识产权的气缸压力测量分析系统具有十分重要的意义。1．2柴油

5、机气缸压力测试研究现状随着内燃机技术的发展，示功图的测量技术也一直在不断的发展。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，以PC机为核心，以虚拟仪器软件为平台，以传感器和外围信号调理电路为外部硬件，搭接成一个气缸压力测量系统己成为可能。这样的测量系统不但性价比高，且随着软件的升级和硬件技术的发展，可以在不需要更多成本投入情况下不断升级测量系统的各个模块，使测量系统的性能不断提高。国内外许多科研机构都在从事气缸压力测试系统及其相关方面的研究，已经研究出许多内燃机数据采集和分析用的仪器设备，仪器的精度和水平也不断提古【引。国外研制的相关产品主要有：瑞士Ki

6、stler公司生产的DEWE系列；奥地利AVL公司系列产品(AVL640、650、660、670系列以及AVL617、AVL620等)；日本小野公司系列产品(CB366、466、467、566以及DS--9100等)；Wartsila公司Flex系列柴油机的Mapex．CR(CombustionReliability)系统、德国EUB研究所的CDS—CPA(CylinderPressureAnalysis)、挪威的KymaDieselAnalyzer系统、德国的IMES公司的EngineAnalyzerEPMXS系统和MANB&MPMI系统生枣【9

7、】寸。由于引进设备价格昂贵，专业化程度高，只适合专业人员操作，且处理软件固化不能根据需要更改，国内许多单位自行研制开发了各种内燃机数据采集分析系统，或是专项的测试分析诊断仪器，如浙江大学利用单板微计算机开发的内燃机示功图测量处理系统、大连海运学院的DMCl02柴油机测量分析系统、上海内燃机研究所的EAS800内燃机燃烧分析系统、华中理工大学的HGl208发动机分析仪、山东工业大学的DCA．1内燃机燃烧分析仪以及长沙科学仪器研究2武汉理工大学硕士学位论文所的DFY系列多通道发动机分析仪等。这些系统受当时微机内存、A／D转换速率等因素的制约，硬件水平自

8、然无法与进口专用设备抗衡，但在应用软件开发上各有特点，功能上与进口产品类似，整个系统灵活实用，能满足一般放热规律研究的需要