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OP2S柴油机气口参数的多目标优化研究

更新时间:2009-03-28

0 概述

对置活塞二冲程(OP2S)柴油机取消了复杂的配气机构和缸盖,质量大幅度减轻,可以有效提高功率密度和热效率[1],作为应对能源危机和环境污染挑战的技术途径之一而受到广泛关注与研究[2-4]。然而排放物与颗粒物的问题历来是制约OP2S柴油机应用的关键[1],主要原因之一是OP2S柴油机没有独立的进、排气冲程,残余废气系数大[5],换气过程组织困难。

OP2S柴油机采用“气口-气口”式直流扫气方式,气口宽度和高度是影响换气过程的关键因素。气口宽度仅影响流通面积,而气口高度不仅影响流通面积,还影响到配气相位和有效压缩、膨胀比。现有对换气过程的研究主要围绕气口高度和宽度展开。文献[6]研究了对置活塞对置气缸(OPOC)发动机进、排气口高度均分别为3、4、5 mm时对动力性的影响。文献[7]研究了OPOC发动机三组不同的进、排气口高度对换气过程的影响。文献[8]通过对进、排气口高度及宽度进行正交试验,指出进、排气口高度分别与扫气效率、给气比强相关,直接影响OP2S汽油机的换气性能。文献[9-10]研究了进气口高度行程比(0.10~0.14)、排气口高度行程比(0.12~0.16)及宽度对换气性能的影响,其中文献[9]在标定转速下以平均指示压力为评价指标对以上参数进行优化。以上研究均是在定转速工况下进行的,而随着转速的变化气口高度也会对性能产生一定影响。文献[4]在不同转速下,分别研究了OPOC发动机进气口高度行程比(0.10~0.12)、排气口高度行程比(0.14~0.17)对换气过程及转矩的影响。文献[11]也在不同转速下,分别研究了进、排气口高度对OPOC柴油机性能的影响。

以上研究表明气口高度和宽度是影响OP2S柴油机性能的重要参数。基于以上研究,本文在较大的气口高度范围内研究了其对OP2S柴油机性能的影响规律,并以此作为气口高度优化的依据。以往研究大多针对单一动力性指标进行优化,忽略了扫气性能和扫气泵的损失对OP2S柴油机的性能的影响;此外,也未在不同转速下同时对进、排气口高度进行优化。基于此背景,本文以平均指示压力、扫气效率及捕获率为优化目标,建立多目标优化函数,采用线性加权法在不同转速下同时对进、排气口高度两个参数进行优化,并对比分析了不同转速下采用最优进、排气口高度和固定气口高度时的性能。

1 性能评价参数及多目标优化函数的建立

1.1 OP2S柴油机性能评价参数

为较全面地评价OP2S柴油机的性能,本文采用平均指示压力为动力性评价参数,扫气效率和捕获率为换气特性评价参数。

在高中物理知识的学习中,我们应重视基础概念、定理的理解和掌握,结合物理知识之间的关联性,逐渐形成完善的物理知识框架,为自己物理综合能力的提升打下坚实的基础.同时,我们要养成自主思考和探究的习惯,进一步加深自己对各种物理现象的认知,善于对物理习题进行总结,从题型、考查内容等多个角度进行分析,促进自己解题能力的提升,在解题的过程中,要思路清晰、步骤严谨、正确率高,提高自己解题质量,以达到提高自己物理成绩的目的.

扫气效率ηs为扫气后留在气缸内的新鲜充量的质量G0与缸内总质量Gz的比值[12],如式(1)所示。捕获率ηtr为扫气后留在气缸内的新鲜充量的质量G0与扫气过程中扫气泵提供的总扫气质量Gs的比值,如式(2)所示。

ηs=G0/Gz

(1)

ηtr=G0/Gs

(2)

扫气效率表示缸内新鲜气体的占比,可以直接表征扫气效果的好坏。OP2S柴油机的一部分损失是自由排气的换气损失,另一部分较大的损失是扫气泵所消耗的功。为了更加合理且全面地评价OP2S柴油机的性能,需要在保证扫气效率的基础上考虑扫气泵提供的总给气量的利用情况,即捕获率。在相同的扫气效率下,捕获率越高说明扫气泵提供的总扫气量越少,扫气泵所消耗的功越少。

综上,OP2S柴油机性能评价参数为平均指示压力、扫气效率和捕获率,且优化时应在保证较高的平均指示压力及扫气效率的基础上保证捕获率。

1.2 多目标优化函数的建立

分别以平均指示压力pi、扫气效率和捕获率为目标建立分目标优化函数,如式(3)~式(5)所示。

直流线路单极运行时,若运行极导线重启,接地极线故障电流迅速减小,续流可由招弧角灭弧使接地极线故障消失。

MAX[pi]=f1(βh-in,βh-ex,βb-in,βb-ex)

(3)

MAX[ηs]=f2(βh-in,βh-ex,βb-in,βb-ex)

(4)

MAX[ηtr]=f3(βh-in,βh-ex,βb-in,βb-ex)

(5)

[8] 马富康,赵长禄,赵振峰,等.对置活塞二冲程汽油机直流扫气系统参数研究[J].内燃机工程,2016,37(5):152-159.

应用软件SPSS 20.0分析数据,采用率(%)表示不同门脉主干栓塞程度患者侧支循环开放情况、不同门脉情况患者侧支循环开放情况、门脉栓塞患者的CT表现等计数资料,用χ2检验组间比较,检验标准a=0.05。

βh-in=hin/S

(6)

βh-ex=hex/S

(7)

βb-in=bin/(πd)

(8)

βb-ex=bex/(πd)

(9)

利用GT-Power进行OP2S柴油机工作过程仿真模型的搭建。由于软件中没有对置活塞式气缸模型,首先需要将对置活塞的运动规律进行等效处理。图1为等效后的活塞位移随曲轴转角的变化情况,将活塞位置相距最近处定义为上止点,且此时活塞的相对位移为0。所建立的模型如图2所示。

 

(10)

 

(11)

扫气效率随着排气口高度行程比βh-ex的增加先升高后降低,并且有效膨胀比随着排气口高度的增加不断减小,在两者的共同作用下,平均指示压力随着排气口高度冲程比βh-ex的增加先升高后降低。排气口宽度圆周比βb-ex对平均指示压力的影响与对扫气效率的影响规律一致,相比较于宽度圆周比对扫气效率的影响,其对平均指示压力影响的转折点提前,一定程度上是由于排气口宽度的增加降低了进气口开启时缸内压力,有利于扫气的同时也降低了排气口关闭时的压力,从而影响了平均指示压力。

2 仿真模型的建立与验证

采用线性加权法将各分目标fi组合成总的“统一目标”F,如式(10)所示。则将多目标优化问题转化为单目标F的优化问题,F的最大值即最优值。在此过程中引入加权因子Wi[13],如式(11)所示。

  

图1 OP2S柴油机的活塞等效位移

  

图2 OP2S单缸柴油机模型

本研究中OP2S柴油机模型的建立及标定均参考了文献[9]中的数据。表1为OP2S柴油机的基本参数。图3为缸压与放热率的仿真与试验数据对比,缸压与放热率曲线基本吻合。

 

表1 OP2S柴油机基本参数

  

项目参数缸径/mm100行程/mm110×2几何压缩比22标定转速/(r·min-1)2500进气温度/K340进气压力/MPa0.13排气压力/MPa0.10

  

图3 缸压及放热率的仿真与试验数据对比

3 结果及分析

本文针对不同转速下气口参数对OP2S柴油机性能的影响展开研究。为了使不同转速下的性能具有可比性,首先优化了喷油正时(以曲轴转角计),使OP2S柴油机在各转速下均获得最高的平均指示压力。以2 500 r/min为例,图4为不同喷油正时下的平均指示压力,当喷油正时为-15°(本文中以负号表示上止点前曲轴转角)时,可以取得最高的平均指示压力。用相同的方法计算了不同转速下最优的喷油正时,如表2所示。以下关于气口参数对柴油机性能的研究均基于表2中转速对应的喷油正时。

  

图4 2 500 r/min时不同喷油正时下的平均指示压力

 

表2 不同转速下对应的最优喷油正时

  

项目参数转速/(r·min-1)1000200025003000喷油正时/(°)-10-13-15-16

3.1 进气口参数对OP2S柴油机性能的影响

图5为不同进气口宽度圆周比时,高度行程比对OP2S柴油机性能的影响。图6为进气口高度行程比分别为0.154和0.118时进气流量随曲轴转角的变化。由图5可知,扫气效率随进气口高度行程比βh-in的增加先升高后略有降低。这是由于进气口高度增加,扫气时间长,进气量增加,有利于排出残余废气。但随着进气口高度的进一步增加,由图6可知,进气口开启过早,关闭过晚,缸内气体发生倒流,不利于废气排出,导致扫气效率下降。扫气效率随进气口宽度圆周比βb-in的增加而增大。进气面积随着进气口宽度圆周比增加而增大,使得进气量增大,扫气效率升高。

  

图5    不同进气口宽度圆周比时,高度行程比对OP2S柴油机   性能的影响(βb-ex=0.60,βh-ex=0.15)

  

图6    不同进气口高度行程比下进气流量随曲轴转   角的变化

图5显示出扫气效率随着进气口高度的增加先升后降,并且有效压缩比随着气口高度的增加而减小。在扫气效率和有效压缩比的共同作用下,平均指示压力随进气口高度行程比βh-in的增加先升高后略有降低。平均指示压力随着进气口宽度圆周比βb-in的增加而升高,与扫气效率的变化规律相同。

捕获率随着进气口高度行程比βh-in及宽度圆周比βb-in的增加而降低。这主要是由于进气口高度的增加使得进气持续期增长,宽度圆周比的增加使得进气面积扩大,都会促使扫气量和进、排气重叠期增加,进而使新鲜充量的溢出量增加。

2.3 血清神经递质及微量元素与儿童多动症的关系分析 Logistic分析处理显示,上述血清神经递质(5-HT、NE及DA)及微量元素(Zn、Mg、Fe及Pb)指标均与儿童多动症有密切的关系,见表5。

3.2 排气口参数对OP2S柴油机性能的影响

图7为不同排气口宽度圆周比时,高度行程比对OP2S柴油机性能的影响。扫气效率随排气口高度行程比βh-ex的增加而先升高后降低。随着排气口高度行程比βh-in的增加,排气口早开晚关,使得进气口开启时缸内压力低,有利于扫气过程的进行,但当排气口高度过大时,排气持续期过长,后充气过程缩短,较多的新鲜充量直接从排气口排出,导致扫气效率降低。当排气口高度较低时,宽度圆周比βb-ex的增加有利于加快排气,进气口开启时缸内压力较低,利于扫气。当排气口高度增大时,排气口关闭推迟,会使新鲜充量从排气口溢出,在此基础上加大气口面积会使新鲜充量的溢出加剧,导致扫气效率降低。

  

图7    不同排气口宽度圆周比时,高度行程比对OP2S柴   油机性能的影响(βb-in=0.675,βh-in=0.118)

式中,fi,max为各个单目标的最优值;加权因子Wi可以反映各个单目标离开最优值的程度,也可视为对各个分目标函数作统一量纲处理。并且为充分地反映各分目标的重要程度,引入了附加加权因子nini的取值将在下文中具体讨论。

潼关作为历代军事上的重关之所,其历史地位相当重要,尤其是其军事地位更是举足轻重,而潼关县志则是我们了解这一雄关悠久历史的重要窗口,它为我们研究潼关的历史、文学、经济、社会等方面提供了丰富的资料,其中现存最早的康熙《潼关卫志》更值得我们去了解研究。

[7] PENG L X,TUSINEAN A. Development of a compact and efficient truck APU[C/OL]. SAE Paper, 2005,2005-01-0653.[2005-04-11].http://papers.sae.org/2005-01-0653.

同年,美国能源部向国会提交了一份水资源和能源相互依赖性的专题报告,论述了美国水系统的能源消耗问题,其观点主要是来自美国电力研究所(EPRI)在《水与可持续性》第四卷——《下半个世纪美国水供应和处理的能源消耗》中的研究成果。2002年,EPRI发布了《水与可持续性》的研究专著,其中第四卷分析了美国当年供水和污水处理的能耗,预测了2050年的相应能耗,并第一次按经济部门分别计算了供水和污水处理能耗。

3.3 不同转速下气口参数的多目标优化

图8为进、排气口高度行程比分别为0.118、0.150,转速为2 500 r/min时,进、排气口宽度圆周比对平均指示压力及扫气效率的影响。由图8可知,气口宽度越大平均指示压力及扫气效率越高。除了要考虑OP2S柴油机的性能,气口宽度圆周比的确定还受限于结构强度。尤莫205E发动机进、排气口宽度圆周比均取0.55,阿惠摆臂式发动机进气口宽度圆周比为0.77,艾菲卡发动机进排气口宽度圆周比分别仅为0.38、0.37[1],且文献[14]提及进排气口宽度圆周比的范围为0.50~0.75。综上,并考虑到前文中取得最优平均指示压力和扫气效率时对应的进、排气口宽度圆周比均为0.75,本研究为了取得较好的性能,进、排气口宽度圆周比均取较大值0.75。

  

图8    进、排气口宽度圆周比对平均指示压力及   扫气效率的影响

图9为2 500 r/min时进、排气口高度行程比对平均指示压力、扫气效率的影响。在同一进气口高度下,扫气效率和平均指示压力随着排气口高度的增加先升高后降低。随着进气口高度的增加,最高的扫气效率及平均指示压力所对应的排气口高度增加。最高扫气效率对应的进、排气口高度较高。高度相对较低的进、排气口在保障较高的扫气效率的同时具有较大的有效压缩比及膨胀比,可以获得较高的平均指示压力。

  

图9    2 500 r/min时,进、排气口高度行程比对平均指示   压力及扫气效率的影响

为选出最优进、排气口高度,使在此高度下OP2S柴油机获得较好的综合性能,本文采用了多目标优化方法,首先根据平均指示压力、扫气效率和捕获率的重要程度确定ni值。分别取n1n2n3为4∶4∶ 2、5∶3∶2、5∶4∶1,得到不同转速下的最优进、排气口高度行程比。

图10为不同ni值、不同转速下所取得的最优进、排气口高度所对应的平均指示压力、扫气效率及捕获率。可知选取n1n2n3为5∶3∶2可得到较高的平均指示压力和捕获率,虽然扫气效率相比较低,但差距不大。在此基础上求出不同转速下对应的最优进、排气口高度行程比如表3所示。

由表3可知,随着转速的增加,最优的进、排气口高度行程比增加。图11为表3中所示的4组进、排气口高度行程比在不同转速下的平均指示压力,可知在各转速下采用最优进、排气口高度可使平均指示压力有明显的提高。

根据图11中具体数据可知,相比其他高度,在各个转速下采用最优的进、排气口高度可使平均指示压力提高0.4%~21.0%,平均提高5%左右。在低转速时,最优气口高度较小,可在保障进气量的同时获得较大的压缩比,利于平均指示压力的提高。高转速时换气时间短是制约OP2S柴油机性能提高的主要原因之一,此时的最优气口高度较高,可以保障充足的进气量,从而有利于平均指示压力的提高。这说明了随转速变化而改变气口高度有一定的意义,从而为下一阶段设计可变气口高度机构提供了理论依据和指导。

  

图10    不同ni取值时,不同转速下的最优平均指示压力、   最优扫气效率及最优捕获率

 

表3 不同转速下最优的进排气口高度行程比

  

转速/(r·min-1)最优进气口高度行程比最优排气口高度行程比10000.0730.07720000.0910.10525000.1270.14130000.1450.159

  

图11 4组气口高度在不同转速下的平均指示压力

4 结论

(1) 通过在OP2S柴油机更大气口高度范围研究其对性能评价参数的影响,得到了如下规律:扫气效率和平均指示压力随着进、排气口高度行程比的增加先升后降,且排气口高度变化影响较大;提高宽度比在较低的排气口时有利于提高扫气效率及平均指示压力,但在较高的排气口下会使扫气效率和平均指示压力降低。

楚墨是一个人来的。推门,他看到收银台的后面坐着一个男人。男人约三十左右,头发却白了一半。男人坐在轮椅上,无所事事地转动着手里的魔方。

(2) 选取平均指示压力、扫气效率和捕获率多个参数为综合优化目标,在考虑动力性和扫气效果的同时兼顾了扫气泵所消耗的功。仿真结果表明,本文的多目标优化方法可以全面且合理地评价OP2S柴油机的性能。通过研究确定了合理的线性加权法方案,当附加加权因子n1n2n3取5∶3∶2时可以得到较高的平均指示压力及捕获率。

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(3) 采用上述多目标优化方法,在1 000~3 000 r/min不同转速下研究了其对进气口和排气口高度的共同影响。仿真结果表明,最优进、排气口高度均随着转速的增加而增大,且在各个转速下采用最优的进、排气口高度相比其他高度可使平均指示压力提高0.4%~21.0%,平均提高5%左右。可见,随转速变化而改变气口高度是有意义的。

参考文献:

[4] HOFBAUER P. Opposed piston opposed cylinder(OPOC) engine for military ground vehicles[C/OL]. SAE Paper, 2005,2005-01-1548.[2005-04-11].http://papers.sae.org/2005-01-1548.

[2] HUO M, HUANG Y X, HOFBAUER P. Piston design impact on the scavenging and combustion in an opposed-piston, opposed-cylinder(OPOC) two-stroke engine[C/OL]. SAE Paper, 2015,2015-01-1269.[2015-04-14].http://papers.sae.org/2015-01-1269.

[3] REGNER G, JOHNSON D, KOSZEWNIK J,et al. Modernizing the opposed piston, two stroke engine for clean, efficient transportation[C/OL]. SAE Paper, 2013,2013-26-0114.[2013-01-09].http://papers.sae.org/2013-26-0114.

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[1] PIRAULT J P, FLINT M. Opposed piston engines:evolution, use, and future application[M]. 1st ed. Warrendale, Pennsylvania:SAE International, 2009.

[5] MCGUOGH M,FANICK E. Experimental investigation of the scavenging performance of a two-stroke opposed-piston diesel tank engine[C/OL]. SAE Paper, 2004,2004-01-1591.[2004-03-08].http://papers.sae.org/2004-01-1591.

[6] KALKSTEIN J, RÖVER J.Opposed piston opposed cylinder(OPOCTM) 5/10 kW heavy fuel engine for UAVs and APUs[C/OL]. SAE Paper,2006,2006-01-0278.[2006-04-03].http://papers.sae.org/2006-01-0278.

捕获率随着排气口高度行程比βh-ex及宽度圆周比βb-ex的增加而降低。这是由于排气口高度的增加使排气持续期增长,宽度圆周比的增加使气口面积扩大,这都促使从排气口溢出的新鲜充量的量增加。

式中,βh-inβh-ex分别为进、排气口高度行程比,为高度hinhex与总行程S的比值;βb-inβb-ex分别为进、排气口宽度圆周比,为气口宽度binbex与气缸周长(πd)的比值,其中d为缸径。

MA F K, ZHAO C L, ZHAO Z F, et al. Study on uniflow scavenging system parameters of opposed-piston two-stroke gasoline engine[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2016,37(5):152-159.

[9] 章振宇,赵长禄,张付军,等.对置活塞二冲程柴油机扫气系统优化方法研究[J].内燃机工程,2015,36(5):90-95.

ZHANG Z Y, ZHAO C L, ZHANG F J, et al. Study on optimizing method of scavenging system of an oppose-piston two-stroke diesel engine[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2015,36(5):90-95.

品种的质量直接影响着玉米生长的质量,所以必须要对于品种进行严格控制,在品种选择的过程中,要严格按照当地的农田生态环境以及具体的栽培条件进行分析,选择恰当的品种避免越区种植,保证籽粒饱满、完全成熟。另外要选择紧凑型或半紧凑型的耐旱抗倒伏品种,在选择完种子之后要加强对于种子质量的处理,应该挑选出霉变、瘪粒、破碎或者是被害虫啃啮的种子,并且提前5-7天进行晾晒。在晾晒完毕之后为了避免地下害虫对种子的啃食,可以利用50%的辛硫磷乳油兑水40kg-400kg种子。

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[10] 吴丹. 对置活塞二冲程柴油机换气过程研究[D].北京:北京理工大学,2015.

[11] 裴玉娇.双对置活塞二冲程柴油机直流扫气过程仿真分析及优化[D].太原:中北大学,2013.

[12] 长尾不二夫.内燃机原理与柴油机设计[M].冯中,万欣,译.北京:机械工业出版社,1984.

[13] 方世杰.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[14] 郭顺宏.对置活塞二冲程汽油机性能仿真及设计[D].北京:北京理工大学,2014.

已于2018年8月7日重新生效的第1245条要求,总统对“被认定为在明知情况下直接或间接向伊朗销售、供应、转移,或从伊朗转移会被应用于能源领域的石墨、金属原料或半成品金属(例如铝、钢、煤,以及集成工业过程中使用的软件)”的人实施至少5项报复性制裁。

 
马赫阳,李向荣,杨伟,刘福水
《内燃机工程》 2018年第02期
《内燃机工程》2018年第02期文献

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