二级增压系统压气机效率的优化策略研究

对配置在1台重型车用柴油机上的二级增压系统进行了性能研究。结果表明:放气阀开启的二级增压系统存在进气能力不足、压气机效率低的问题;关闭二级增压放气阀后,在中、低转速低负荷工况仅采用高压级增压器,而其余工况借助高压级涡轮旁通阀实现进气压力可调,增压系统压气机效率均可超过60%,且最大进气压力可达334kPa;针对不同工况采用不同增压形式,通过控制涡轮旁通阀开度使二级增压系统进气压力及压比分配得到有效调节,可以改善压气机效率及燃油经济性,为二级增压系统与重型柴油机的性能匹配提供技术参考。     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔低速匹配特性的影响

基于二级可调增压柴油机高海拔性能模拟试验平台,研究了不同海拔条件下 VGT 叶片开度对高压共轨柴油机二级可调增压系统低速匹配特性的影响。研究结果表明：不同海拔下,随着 VGT 叶片开度的减小,高压级涡轮的涡轮膨胀比和压气机压比、绝热效率逐渐提高,而低压级涡轮膨胀比及压气机效率变化则趋于平缓,因此两级压气机总压比、总效率和总功率的变化趋势与高压级压气机一致;柴油机进气流量及空燃比随着 VGT 叶片开度的减小而增大,动力性及经济性也随之升高;海拔0～4500 m ,高压级压气机匹配状况良好,联合运行线均位于高效率区内。     

D6114柴油机高海拔功率恢复计算研究

通过模拟大气环境参数和压气机图谱的高原特性修正,建立了D6114柴油机的高原性能仿真模型,并进行了原机变海拔性能计算和不同增压系统的高海拔功率恢复的计算研究。研究表明：随着海拔高度的升高,涡轮增压柴油机的动力性和经济性逐渐恶化;废气放气式增压系统在中间转速可以部分恢复功率,而在高转速时涡轮增压器会超速,影响柴油机正常运行;可调二级增压系统的旁通高压级方案在恢复功率和经济性等方面要好于旁通低压级方案。     

车用二级增压系统匹配方法与模拟计算

为某发动机匹配一套二级增压系统,介绍了二级增压系统中高低两级压气机的匹配方法。建立了二级增压发动机计算模型,并进行外特性稳定工况模拟计算,确定发动机各转速下旁通阀的最佳开度。根据模拟结果,分析了旁通阀开度对高低两级增压器转速及压比的影响,确定了高低两级压气机压比和总压比随发动机转速的变化趋势。计算结果表明,匹配的二级增压系统基本满足发动机强化要求。     

蜗壳结构参数对离心式压气机性能的影响

为研究压气机蜗壳结构参数对离心式压气机性能的影响而设计了两款不同面径比的压气机蜗壳,并在增压器性能试验台上进行试验研究。结果表明,与匹配Ⅰ型蜗壳的压气机相比,匹配Ⅱ型蜗壳的压气机增压比、流量和绝热效率均提高:不同转速下,最大增压比提高1.44%~3.86%,最大流量增加3.85%~10.71%,且高转速下增幅明显;压气机最高效率由72%提高到74%;压气机喘振线更加平滑,无明显拐点,低转速下喘振线向大流量方向偏移量较少,而高转速下与之相反。     

双涡轮增压系统压气机通流特性匹配方法

通过离心式压气机特性图谱分析,建立了压气机通流特性模型来表征节流线。基于压气机通流特性模型,针对车用柴油机典型工况建立了性能指标函数,从而指导增压系统匹配方案的确定。针对典型双涡轮增压系统,明确了增压系统匹配流程,建立基于压气机通流特性的匹配方法。针对某型6缸增压柴油机不同工况的性能参数指标,进行了相继增压系统和可调两级增压系统匹配计算,分别进行了大小增压器和高低压级增压器选型。通过搭建柴油机相继和可调两级增压系统试验台架,试验验证了双涡轮增压系统匹配方案,试验结果表明,所匹配的相继和可调两级增压系统能够满足不同典型工况的压比和流量要求,进而实现柴油机不同工况的性能指标,保证了柴油机全工况范围的正常运行。同时根据柴油机试验结果,以燃油经济性最优为目标,确定了相继和可调两级增压系统全工况控制策略。     

涡轮增压器压气机喘振故障的分析排除

压气机喘振是由于压气机流量小于某一数值后,压气机出口压力发生激烈的周期性变化引起的,并且伴随有一种喘息的噪声。喘振严重时,涡轮增压器转子将发生抖动,甚至导致叶片或轴承的损坏。涡轮增压发动机使用中为什么压气机会发生喘     

汽车用轴—径流增压器

整机由于其外形尺寸的限制,无法使用体积较大的单级增压和两级增压系统。增压器厂家的迫切任务是制造出具有更高压比的压气机,以满足市场对高比功率柴油机的需求。 本文介绍了一种紧凑耐用的新型涡轮增压器。这种轴-径流增压器包括一级前置小型轴流压气机和一级紧随其后的传统的径流压气机。本文对其设计与构造、压比和可用流量范围的改善及试验结果进行了分析讨论,提出进一步拓宽压气机流量范围的方法。     

带导流板弯管进气对高压级压气机效率影响的研究

针对两级增压系统中高压级压气机带导流板弯管进气形式进行数值模拟分析,通过相关计算流体动力学(CFD)软件,分析带导流板弯管进气对高压级压气机的效率带来的影响,并对比了3种不同形式的带导流板弯管进气条件下压气机效率的变化情况。研究结果表明:带导流板弯管进气时压气机效率相较于普通90°弯管进气有明显提升,不同形式的带导流板弯管进气会对效率产生不同程度的影响。     

高功率柴油机用的可变截面涡轮增压器

高功率涡轮增压柴油机需要一个装有高压比、宽流量、不喘振的高效率压气机的有效进气系统,同样,也需要有可变截面喷咀的高效率涡轮,以便在发动机低转速和小空气流量运转时,涡轮保持高转速。 为了满足上述要求,美国陆军坦克机动车辆研究发展局制订了一项研制涡轮增压器的规划,其中规定涡轮增压器采用后弯叶轮的离心式压气机和径流式涡轮。为了控制喘振,压气机采用楔形可转动叶片扩压器;为了控制涡轮进气面积,径流式涡轮采用可转动喷咀叶片。 涡轮增压器经过几次反复设计和台架试验后,又同发动机一起进行了广泛的试验。通过试验证实,采用这种涡轮增压器能使柴油机性能得到相当大的改善。     

两级增压涡轮几何参数对发动机性能的影响研究

基于涡轮通流模型,建立两级增压通流仿真平台,探讨了两级涡轮几何参数的改变对发动机性能的影响规律及原因,采用该平台对某车用两级增压柴油机进行仿真研究,并完成两级涡轮新的匹配设计.匹配结果表明,通过合理设计两级涡轮几何参数,可使该发动机低速扭矩提高7.4％,燃油消耗率降低6.9％.     

Air flow trajectory and surge avoidance of centrifugal compressor under variable pressure operation of automotive fuel cells

The compressor of an automotive proton exchange membrane fuel cell requires severe dynamic performance under normal driving patterns. Because the air flow demand of the automotive fuel cell requires steep increase/decrease, it is very important to understand the air flow trajectory of the centrifugal compressor to avoid the compressor surge. In this study, a simulation model of an automotive fuel cell system with a dynamic compressor was developed to investigate the proper trajectory of air flow rate on a performance map of an air compressor. The dynamic response of the compressor shows that the cathode inlet and exit valves have a significant effect on surge evolution. In particular, the results showed that a proper combination of valve opening areas is required to avoid compressor surge. In this study, the original two valve approach was reduced to a single cathode exit valve control with fixed cathode inlet orifice. A surge rejection algorithm was also developed, based on the comparison of surge protection envelope pressure with actual measured pressure. The results show that surge evolution is effectively avoided by controlling the cathode exit valve.     

柴油机两级涡轮阀可调增压系统变海拔控制策略研究

为解决某型两级可调增压柴油机变海拔、变工况增压压力控制复杂问题。采用GT-POWER软件建立两级可调增压柴油机高海拔工作过程模型,利用试验数据进行了模型校核。设计了两级可调增压柴油机涡轮旁通阀变海拔控制策略,优化标定得到了高/低压级涡轮旁通阀最佳开度和最佳增压压力。采用仿真与试验相结合手段,比较了基于增压压力PID闭环控制和基于涡轮旁通阀开度的开环控制对柴油机高海拔瞬态性能的影响。结果表明:采用PID闭环控制,相比平原,3000、5000 m海拔增压压力首次达到目标值90%的时间分别增加了0.11、0.19 s。涡轮旁通阀开环控制与闭环控制相比,0、3000和5000 m首次达到目标增压压力的时间分别缩短了0.09、0.197和0.14 s,但实际增压压力与目标增压存在偏差。基于此,采用增压压力PID闭环反馈控制与涡轮旁通阀开环控制相结合的控制算法能够同时兼顾两级增压系统瞬态过程的鲁棒性和准确性,是未来高海拔两级增压系统瞬态过程的理想控制算法。     

小流量下离心压气机流场分析及喘振机理研究

利用数值模拟的手段对某小型离心压气机在设计转速下小流量工况时压气机内部流动现象的非定常效应进行了分析,明确了喘振发生前离心压气机各部件非定常流动的特点,通过对稳态计算结果的分析发现了离心压气机在近喘工况时各部件性能均下降的特点,综合非稳态和稳态的分析结果提出了一种新的压气机喘振发生机理并进行了相应探讨.     

离心压气机叶轮顶切的数值研究

通过数值模拟方法研究了叶轮顶切程度对压气机性能影响的规律,并进行了相应的流动机理分析。研究表明,叶轮顶切后虽然压气机整体性能略有降低,但可以使性能曲线整体向小流量方向偏移,是一种不需重新设计就可以满足小排量发动机增压匹配要求的简单有效的方法,为采用叶轮顶切方法实现压气机产品系列化提供了依据。     

某大功率柴油机顺序增压系统切换过程试验研究

为提高某大功率柴油机顺序增压系统切换过程的平稳性,对柴油机不同负荷工况下切换对增压压力的影响规律,进气阀延迟时间与动作速度对系统喘振、空气倒流的影响规律进行了台架试验研究。试验结果表明:切换点选择在柴油机的较大负荷工况,可以避免切换过程中柴油机功率的大幅度下降;从1TC到2TC的切换过程中,进气阀延迟并缓慢打开,从2TC到1TC的切换过程中,进气阀延迟并快速关闭,可以避免系统的喘振和空气倒流。研究结果为顺序增压系统控制策略的制定提供了依据。     

放气阀增压器在柴油机高原环境适应性改进中的应用研究

基于柴油机进排气高原环境模拟试验平台,针对所研制放气阀涡轮增压器,通过配机试验研究,获得结论如下:基于由冷态测量获得的放气阀开启特性,在考虑放气阀几何结构、排气脉冲压力波动等因素影响后得到预测特性,与高原模拟试验结果具有较好的一致性,偏差在7%以内;放气阀涡轮增压器具有较高的扭矩储备系数,可用于高原环境适应性动力改进,海拔4000 m工况可获得1.27扭矩储备系数,与常规增压器平原扭矩储备系数相当;在高原环境发动机进气量需要增加、压后压力需要提高的情况下,放气阀与平原工作状态近似,在最大扭矩点之后处于开启状态;与平原相比,高原4000 m工况压气机压后压力降低约60 kPa.通过更换高压比压气机放气阀涡轮增压器,在保持原有配机性能近似不变的情况下,可有效解决高原增压器超速问题,可使增压器转速在平原状态下降低10000 r/min左右,在高原4000 m工况,工作转速与更换前平原工作转速相当.