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。     

基于变海拔功率恢复的增压系统匹配计算研究

针对柴油机的变海拔功率恢复目标,进行了以增压压力恢复为目标的废气放气式增压系统匹配计算,确定了压气机和涡轮特性。在该匹配方案的基础上进行了柴油机变海拔运行范围的性能计算,得到了不同海拔高度的增压压力MAP图,并以目标增压压力为基准,根据放气阀的切换边界线确定了放气阀变海拔控制策略。研究结果表明:采用该匹配方案可以在海拔3 000m和平原工况实现增压压力恢复,但在高海拔高转速工况下可能超速;随着海拔高度的降低,柴油机外特性扭矩值逐渐减小,而废气放气阀关闭状态的运行区域逐渐减小,废气放气阀调节状态的运行区域逐渐增大。     

涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测

应用GT-power软件建立了某1.5 VCT发动机一维仿真模型,并通过试验数据对模型进行了标定.根据涡轮增压发动机的设计要求估算了涡轮增压器的性能参数值,从而选择了一款涡轮增压器.建立了加装涡轮增压器之后的发动机模型,增加了放气阀装置,并分别进行了平原、高原环境下的发动机的匹配计算和性能预测.结果表明,在平原、高原环境下发动机匹配情况均良好.     

涡轮增压柴油机高原性能试验研究

在发动机高原环境模拟试验台上,对0～4500 m不同海拔高度下某涡轮增压柴油机的性能进行了试验。对比分析了海拔高度对涡轮增压柴油机动力性、经济性和增压器性能的影响。试验结果表明：随着海拔高度的升高,发动机进气量减小、功率下降、燃油消耗率升高,增压器转速、压比升高,易出现高速超速、超温和低速喘振的问题。在海拔4500 m高原环境下,发动机标定功率为254．1 kW （2100 r／min）,比平原状态下降了23．1％,此时增压器转速已经达到上限（106000 r／min）,涡轮入口温度为746℃,接近温度上限。     

用于增压器涡轮瞬态特性试验的脉冲发生器设计研究

针对汽油机排气脉冲压力波特点,研制了在增压器试验台上模拟汽油机排气压力波的脉冲发生器,对脉冲发生器进行了试验验证,测量了对应于汽油机不同转速工况下脉冲发生器产生的脉冲压力波形。结果表明,该脉冲发生器可以很好地模拟汽油机的排气脉冲,为增压器涡轮瞬态特性试验提供了一种有效手段。     

RHF系列VGS涡轮增压路

据报道，石川岛播磨公司针对市场发展动向，开发了RHF系列VGS涡轮增压器并投放市场。通过对压气机和涡轮的改进，使VGS涡轮增压器的性能得到了很大提高。RHF系列VGS涡轮增压器包括RHF3V，RHF4V，RHF5V，RHF55V等型号，配机排量范围从1．5L～4．0L。其整体的结构特征是在涡轮箱出口端布置可变机构，中间部分力求与放气阀式的涡轮增压器通用。涡轮叶轮入口处配置的多叶片可调式喷嘴可获得很宽广的可变流量区域和高效率。喷嘴驱动机构采用了该公司自行开发的滑动式联轴节方式。     

涡轮增压器气动轴向力的数值计算北大核心

应用计算流体动力学软件,以涡轮增压器自循环全工况性能试验为依据,计算了压气机级和涡轮级所承受的轴向力,并进一步对比了叶轮背盘有无篦齿的轴向力,分析了篦齿对轴向力的影响。研究表明:对于增压器自循环试验而言,大部分工况下涡轮增压器轴向力方向是由涡轮端指向压气机端,在低转速区某些工况,轴向力方向会反向;影响叶轮及涡轮表面压力大小及分布的因素,会对轴向力产生一定影响;由于齿腔对流体的动能有一定的耗散作用,影响了轮背壁面高速旋转所引起的气流速度和压力的径向分布,交错篦齿结构能够抵消部分蜗舌和压气机壳几何周向非均匀性对流动的影响,使轮背压力分布更为均匀。     

排气制动对增压器轴向载荷影响的研究

针对车辆上同时应用排气制动与涡轮增压的情况,研究了排气制动对增压器轴向载荷的影响。通过排气制动与增压器联动试验测量了增压器在各个工况下的轴向载荷,从而确定了数值计算所需的边界条件,并通过数值计算获取了增压器在各个工况的轴向载荷的分布情况。结果表明,与正常工况相比,增压器在排气制动工况下其轴向载荷显著增大,且排气背压越高,增压器轴向载荷越大;涡轮级轴向载荷反向且增大;压气机级轴向载荷显著下降,但方向不变。     

6102QA型柴油机高原增压的研究

随着柴油机涡轮增压技术的发展及小型涡轮增压器在性能和结构可靠性方面的改进和提高,使车用柴油机增压获得迅速发展。本文着重论述了6102QA型车用柴油机进行高原增压的技术要求;增压系统的设计和改装,与柴油机匹配的J80型涡轮增压器的选型和设计原则;在不同海拔地区(海拔1060m和海拔2300m)增压配机的试验研究结果及其分析等有关问题。     

带废气调节阀的可变几何涡轮增压器性能试验研究

基于增压器性能试验台,对带废气调节阀的可变几何截面涡轮增压器(VGT)进行性能试验,得到不同VGT叶片开度的涡轮流通特性、废气调节阀调节特性及压气机流量特性曲线。结果表明,随着VGT叶片开度的增大,涡轮流通能力增大;废气调节阀在开启角度5°~15°调节时,涡轮增压器转速迅速下降,调节能力较强,但开启角度超过20°时转速基本不变,其调节能力达到极限;压气机最大折合流量达到0.31 kg/s,最高压比达到2.98,不同转速下的最高效率均在71%以上。     

高压共轨柴油机高海拔性能仿真研究

采用GT-Power软件建立了高压共轨柴油机工作过程模型,研究了等油量和等空燃比条件下柴油机性能随高原环境条件的变化规律。结果表明:等油量下,柴油机扭矩和燃油消耗率在海拔3 000 m以内中高转速范围基本保持不变;在海拔4 000 m以上标定转速下增压器超速,海拔5 000 m,900 r/min时发动机因空燃比过低而无法运行。等空燃比下,同0 m海拔相比,海拔5 000 m不同转速下发动机燃油消耗率平均增加7.2%,扭矩平均下降近40%,动力性下降严重。等油量或等空燃比方法不符合我国高原实际情况,需要建立新的柴油机性能高海拔修正或预测方法。     

变海拔环境下的车用柴油机进气压力控制仿真研究

针对车用柴油机运行在高原地区外特性恶化的难题,提出了一种变海拔环境下柴油机进气压力控制方法,该方法通过调节高压级增压器旁通阀流通系数来动态调节二级涡轮可调增压系统压比。在基于最佳空燃比和最大输出功率的柴油机进气压力动态控制仿真基础上,建立了高压级增压器旁通阀流量系数与转速及大气压力的匹配关系。仿真试验表明,该方法大幅度降低了大气压力变化对柴油机外特性的影响,动力性和燃油经济性得到了明显改善。     

高原环境下增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠性研究

针对涡轮增压器压气机叶轮在高原地区工作时潜在的轮毂疲劳失效模式,研究了高原环境下涡轮增压器转速的变化规律以及压气机叶轮轮毂疲劳失效危险部位的应力。在此基础上,建立了增压器压气机叶轮的轮毂疲劳可靠度计算模型,分析了增压器压气机叶轮轮毂疲劳可靠度随不同海拔高度的变化规律。研究表明,当发动机在高海拔地区工作时,涡轮增压器压气机叶轮发生轮毂疲劳失效的风险在增大,随着海拔高度的增加,压气机叶轮轮毂的疲劳可靠性在降低。     

Effects of altitude on combustion characteristic during cold start of heavy-duty diesel engine

Altitude has a significant effect on combustion of heavy-duty diesel engines, especially during cold start. An experimental study on a heavy-duty diesel engine operating at different altitudes was conducted. Tests were based on a direct injection (DI) turbocharged diesel engine with intake and exhaust pressure controlled by the plateau simulation test system to stimulate altitude conditions including 0 m, 1000 m, 2000 m, 3000 m and 4000 m. Results indicated that the compression and expansion resistance moment reduced and the speed increased during the cranking period. The peak pressure of several cycles was increased during the start-up period; however, the expansion pressure dropped more and the indicated mean effective pressure (IMEP) reduced as the altitude rose. While at an altitude of over 2000 m, the peak pressure fluctuated obviously during the start-up period. The higher the altitude was, the more the fluctuation amplitude and cycle number increased and combustion instability enhanced, which resulted the start-up period time increasing at high altitude. When the altitude rose, the cycle-to-cycle variation of the peak pressure and speed fluctuation increased during the idle, the ignition and CA50 were delayed and the combustion duration was shortened. The effect of altitude on combustion characteristics of the diesel engine was more significant during the start-up period than during its idle period.     

废气旁通阀开度对增压直喷汽油机部分负荷性能的影响

汽油机节气门产生的节流损失对增压发动机泵气损失的影响相当严重,尤其是在中小负荷时,针对这一问题采用试验的方法研究了中小负荷下旁通阀开度对增压直喷汽油机性能的影响。研究结果表明,在节气门开度较小的小负荷工况下,涡轮增压器不宜工作,否则排气背压过大,对发动机非常不利;而废气旁通阀全开可以减小排气背压,能使发动机的动力性和经济性提高3%左右。对废气旁通阀的合理控制可以实现发动机在自然吸气和涡轮增压两种模式之间的转换。     

旁通阀控制策略对增压汽油机瞬态响应性能的影响

针对带旁通阀的废气涡轮增压汽油机,采用试验和仿真相结合的方法建立基于GT‐Power的汽油机稳态模型。运用BP神经网络法建立燃烧模型,得到增压汽油机瞬态模型。采用PID控制对原机旁通阀控制策略进行优化,通过优化后的旁通阀控制策略对汽油机瞬态响应质量参数———平均有效压力、瞬态响应时间和增压器瞬态转速进行分析。结果表明：优化后的旁通阀控制策略可以在汽油机的中高速范围内显著地缩短发动机的瞬态响应时间,同时保证汽油机增压压力与增压器转速都处于安全范围之内。     

可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配分析

通过可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配试验测得增压压力和排气压力值,结合发动机的结构参数,计算了发动机的流通特性,建立了可变喷嘴增压器与发动机的联合工作曲线。对联合工作曲线的分析表明设计的可变喷嘴涡轮增压器与发动机匹配良好,不会出现喘振和阻塞。     

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。     

EGR增压柴油机的燃烧及排放特性研究

在1台增压中冷柴油机上,采用从涡轮前取气回流到压气机后的高压EGR系统,研究了恒定转速不同负荷下发动机的燃烧和排放特性。在同一工况下,随着EGR率增加,压缩终了混合气温度升高,着火延迟期缩短,燃气压力和温度下降,燃烧持续期延长。分析了柴油机燃烧过程及排放污染物的形成机理。研究发现,当发动机负荷由大变小时,随着EGR率增加,CO的形成因受温度控制增幅越来越大,HC受着火延迟期和供氧的影响增幅越来越小,NO_x的降幅几乎随EGR率呈线性变化,而排气烟度则呈二阶多项式趋势的恶化。