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。     

曲轴箱通风口海拔模拟条件对柴油机运行的影响

针对柴油机进排气高原环境模拟装置在应用中存在的问题,基于活塞、活塞环、气缸套形成的几何密封结构,确定了缸内气体向曲轴箱流动形成的气室,进一步构建环间气体窜出流量的数学模型,运用迭代计算方法推演计算了各个气室气体压力和气体流量的变化,分析了曲轴箱通风口与进排气管路模拟海拔不一致时活塞窜气影响和增压器轴系润滑密封问题,最后进行试验验证.研究结果表明,海拔4 500 m时曲轴箱通风口处于相同海拔环境条件,曲轴箱通风口窜出废气流量要比处于试验室环境条件时窜出气体流量大,增加0.4 L/min.此外,曲轴箱通风口处于试验室环境条件时,压气机背盘两侧气体压力差异会使间隙空间形成很大的负压,导致润滑增压器轴承的机油窜入进气管路.     

径流式二级增压系统的喘振分析与试验研究

为研究径流式二级增压系统的喘振及影响因素,建立了二级增压系统压气机性能试验台架。试验数据表明,高压级压气机的气体流动已经进入雷诺数自动模型化区,可以采用马赫数相似准则将高压级压气机的实际参数转化为标准状态的折合参数。由此,可根据高低两级压气机的折合流量特性图和实际的运行工况来判断引起二级增压系统喘振的压气机。     

离心压气机叶轮出口气体流动演变规律数值仿真研究

采用全三维仿真计算方法,针对离心压气机叶轮出口位置,进行了气体流动演变规律研究。研究结果表明:相同转速下,随着流量的减小,叶轮出口绝对气流角增加,且增加的范围主要集中在叶轮流道中心以下区域,叶顶区域变化不明显;相同转速下,叶轮出口总压比呈逐渐增加趋势;相同转速下,流量的减小使得叶轮顶部的效率损失减小而主流区的效率损失增加,压气机的最终效率取决于间隙流和主流流动损失的耦合作用。     

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。     

车用增压器离心压气机改型设计

为缩短研制周期,提高设计成功率,降低研制风险,基于当代工具预测设计方法,开展了某车用增压器跨音速离心压气机设计和试验验证。研究结果表明:压比3为亚音和跨音速临界压比,高于此临界压比,叶轮进入跨音速流动,流量范围急剧变窄;压比大于4,流量范围不高于20%,需采用机匣处理等流量拓宽装置以获得宽广压气机特性;采用机匣处理装置后,跨音速流量范围可拓宽15%左右;采用两区模型性能预测技术和控制载荷叶片造型技术可获得高压比宽流量范围的高性能压气机。     

电控共轨柴油机海拔特性仿真

利用GT-Power建立并验证电控共轨柴油机及海拔模型,并对0~4 000m海拔下发动机与增压器的主要性能参数进行分析。结果表明:随海拔增加,排气背压减小,排气能量增加使增压器转速增加,压比增大,但增压后进气压力降低,进气量减少;增压器消耗功率增加,效率下降造成增压后进气温度升高。随着海拔升高,最高燃烧压力和指示平均有效压力降低,平均机械损失压力减小。海拔升高造成着火时刻延迟,燃烧放热率峰值上升,燃烧持续期延长,后燃现象严重。     

富氧进气改善高原汽车发动机动力性和经济性研究

建立了模拟高原汽车发动机富氧进气的试验台,在一台6缸四冲程卣喷柴油机上供应氧气体积分数从20.9%～24.5%的气体.研究了海拔分别为2000、3 000、4000m时发动机全负荷下富氧进气对发动机动力性和经济性的影响.结果表明,随着进气氧气体积分数的增加,高原汽车发动机的功率增加,燃油消耗率降低,且转速越低,海拔越高...     

汽车涡轮增压器压气机噪声的计算气动声学模拟

汽油机领域增压技术(Eco-Boost)的问世为技术人员带来新的挑战。挑战之一是在非设计工况下,进入涡轮增压器的气流会产生气流噪声。在某些运行工况下,当进气质量流量和压比达到某一数值时,压气机叶轮表面气体分流会产生宽频噪声,被称为"啸叫"噪声。可以用增压器吹风试验和发动机台架试验来检测这种气体流动噪声。为了开发一种有效的设计,有必要了解这种噪声产生的基本机理。介绍为研究进气条件对啸叫噪声的影响而进行的计算气动声学分析,包括整个压气机叶轮和涡壳在内的三维计算流体动力学模拟。该增压器叶轮由6个主要叶片和6个分流叶片组成。基于计算机辅助工程的结果,提出一种压气机引导边缘入口台阶与进口导向叶片(或旋转叶片)组合的方案,以降低啸叫噪声,并通过试验证实这种创新设计的有效性。     

高原环境下柴油机冷却系统性能仿真

利用GT-suite软件建立了柴油机工作过程模型和冷却系统模型并进行直接耦合,通过高原模拟台架试验验证了模型的正确性,进而研究了不同海拔外特性工况下柴油机及其冷却系统性能的变化规律。结果表明:海拔每升高1 000m,柴油机出口水温平均升高5.01%,散热量平均减小6.25%,风扇质量流量平均减小11.20%,柴油机功率平均减小3.55%,燃油消耗率平均增加4.67%;该装甲车辆在海拔1 000~2 600 m低转速区和海拔2 600m以上必须降负荷或者提高冷却系统散热能力后使用。最后以柴油机出口水温不超过报警值为目标,计算得到了柴油机最大允许负荷和风扇最小体积流量增幅MAP图,为高原环境下柴油机及其冷却系统匹配和改进提供了参考。     

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。     

两级相继增压对柴油机低负荷性能影响的试验研究

为综合提升陆用与船舶柴油机中低转速工况动力性、经济性和排放性能，搭建发动机性能试验台架，分别从增压系统性能、柴油机燃烧和整机性能三个方面，对比研究了低压级增压、高压级增压、两级增压和两级相继增压四种增压方式对某型柴油机的性能影响。研究结果表明：柴油机运行在推进特性中低转速工况下，与其他增压模式相比，两级相继增压模式能显著提高进气流量，而不引起增压压力的大幅度增加，缸内最高燃烧压力远离极限值，因此可适当增加喷油量，实现中低转速工况较高的扭矩输出；在高温富氧燃烧条件下虽然NO_x排放略有增加，但两级相继增压模式通过排气能量的合理利用，获得了泵气功的收益和燃油消耗率的降低；在推进特性30%负荷下，与低压级增压相比，两级相继增压泵气平均有效压力提升0.019 3 MPa,燃油消耗率降低4.9 g/（kW·h）,经分析得出两级相继增压为柴油机在低负荷工况下最优的增压模式方案。     

余热回收用活塞式单阀膨胀机性能模拟及进排气结构分析

根据朗肯循环发动机尾气余热回收系统中活塞式单阀膨胀机结构特点,建立了其工作过程仿真模型。4种工况下膨胀机缸压试验数据表明,模拟指示功率误差在0.99%～10%,工质水质量流量误差均在3%以内,验证了模型的有效性;在此基础上,在进口压力5 MPa,进口温度520℃,转速1 950 r/min工况下,针对进排气结构参数对膨胀机性能的影响进行分析,得到了膨胀机指示功率、循环质量流量及绝热效率随进气顶杆高度和排气口高度变化的规律。     

后掠式压气机级的研究

离心式压气机工作叶轮出口处气流速度,沿周向及轴向分布是不均匀的,不但降低了叶轮本身的效率,而且还会增加下游无叶扩压器的附加损失。本文介绍的后掠式压气机采用了前倾后弯的叶片,改善了流场的不均匀性,使压气机具有较高的级效率和较宽的等效范围,而且使喘振线偏向小流量。     

脉冲频率与幅度对两级涡轮非定常特性的影响

涡轮复合技术中脉冲排气对两级涡轮性能产生显著影响。为探明脉冲来流下两级涡轮非定常特性,该文基于三维非定常流动仿真模型研究了排气脉冲频率与幅度的影响。模型中,高压级涡轮内流动采用全通道模拟以考虑蜗壳引起的非对称流动,低压级涡轮内流动采用单通道模拟以提高计算效率。结果表明,当脉冲频率从40 Hz增加到120 Hz,高压级涡轮瞬时功率峰值显著增大15.4%,而低压级涡轮瞬时功率峰值变化在1%以内;随脉冲幅度增大,低压级涡轮效率下降幅度比高压级涡轮更大,当脉冲幅度系数为1.6时,高、低压级涡轮转子效率分别下降3.66%和8.09%;低压级涡轮转子从叶中到叶尖处的进口流动攻角在脉冲周期内大幅度变化,引起叶片前缘处产生显著流动损失。     

叶轮出口结构形式对压气机性能及轴向载荷影响分析

采用Numeca数值分析软件分析了3种不同出口结构形式的压气机叶轮性能,等出口大径情况下径流叶轮压比最高,斜流叶轮压比最低,效率方面则是半斜流叶轮最高。通过压气机流场分析发现,各转速小流量下,径流叶轮在叶轮出口轮缘一侧产生大范围的回流,斜流叶轮则在轮毂一侧产生较大范围的回流,而半斜流叶轮兼有径流叶轮和斜流叶轮设计特点,轮毂和轮缘两侧的流场均得到明显改善。在堵塞流量附近工况点,半斜流叶轮和斜流叶轮出口相对马赫数较径流叶轮略小,利于堵塞流量的增加。通过轴向载荷分析发现,由于斜流叶轮和半斜流叶轮相比等直径的径流叶轮压比较低,导致由压气机轮背指向压气机进口的轴向力减小,使得整个增压器转轴有向涡端运动的趋势,由此容易导致止推轴承压端磨损严重;与此同时,转轴移动也会使得叶轮与压气机蜗壳的轴向间隙增大,导致半斜流叶轮与斜流叶轮效率降低。     

高海拔富氧进气柴油发动机的排放性能

随着海拔的增加,柴油发动机的碳烟和CO排放明显增加,NO<,x>排放降低.通过供应不同氧气体积分数ψ(O<,2>)的富氧气体,研究不同海拔高度(2 000、3 000和4 000m)时,富氧进气对发动机全负荷排放性能的影响.结果表明,富氧进气显著降低了高海拔发动机碳烟、CO的排放,略微降低了HC的排放,却增加了NO<,x>的排放.随着海拔的增加,同样ψ(O<,2>)的NO<,x>排放降低但仍处于较高的水平.因此,富氧进气在高海拔发动机上应用须控制ψ(O<,2>)在低富氧范围.     

脉冲气流条件下离心压气机入口流场测量研究

设计一种可用于压气机入口截面流场测量的高频响应全自动步进式测量装置,可使测量探针在入口任意截面的任意测点进行流场测量。将该测量装置配合一维热线风速仪探针,测量离心压气机入口截面的流场分布。将压气机入口剖面分为均布的54个测点,径向均布9个测点,每个测点间隔9 mm,周向每30°进行一轮径向测量直至完成整周测量试验,从而获取整个截面的速度分布。测量工况分别为40 000 r/min稳态工况近堵塞流量点、最高效率点以及20 Hz频率脉冲背压下近堵塞流量点。结果表明:脉冲背压工况下,离心压气机压比-流量曲线呈现围绕稳态特性的迟滞环;稳态工况下,离心压气机入口截面流场存在显著畸变,速度分布呈现明显的周向非对称性,出现180°～360°周向角范围的高速区;脉冲背压工况下,入口流场呈现较强的非定常特征:在排空段流场存在较强的周向非对称性,但该非对称性在充满段明显减弱。     

不同海拔下国六柴油机性能试验研究EI北大核心CSCD

基于高原环境模拟试验台架,研究了不同海拔下国六柴油机全负荷和40%负荷工况下的动力性、经济性及排放特性,同时探讨了4 000 m海拔下发动机持续运行在低转速大负荷工况柴油机颗粒物捕集器(DPF)堵塞的可能性。结果表明:全负荷和40%负荷工况下随着海拔的上升,发动机的进气流量、空燃比、有效热效率,排气氧浓度、排气压力呈非线性减小,有效燃油消耗率、排气温度、NO排放呈不同幅度增加;动力性、经济性下降明显,排放性能恶化;全负荷工况对海拔的变化更加敏感,特别是低转速和高转速的性能降幅较大;国六柴油机在4 000 m海拔下持续运行在低转速大负荷工况,DPF内大量颗粒物沉积但再生困难,较短时间内被堵塞。     

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。