可变喷嘴涡轮增压器与柴油机匹配的数值模拟

利用GT-Power一维仿真软件,建立了J90S固定截面涡轮增压柴油机WD615.50的仿真计算模型,并与试验数据进行对比,验证模型的准确性。在此基础上,将原机的J90S固定截面涡轮增压器改为JK90S可变喷嘴涡轮增压器,建立可变喷嘴涡轮增压柴油机的仿真计算模型,对JK90S与WD615.50柴油机的匹配规律进行数值模拟。数值模拟结果表明:与固定截面涡轮增压器相比,在柴油机低速工况下,通过关小可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片的开度,柴油机进气更加充足,功率及转矩稍有增加,经济性有所改善。根据数值模拟结果,确定了最佳喷嘴环叶片开度随柴油机转速及负荷的变化规律。     

可变喷嘴涡轮增压器电控系统的设计与匹配

为研究可变喷嘴涡轮增压对车用发动机性能的影响,针对国内研发的车用可变喷嘴涡轮增压器开发了电控系统。该电控系统采用MC68HC11E9单片机为微控制器,以进气歧管内的增压压力为控制目标,控制算法采用数字PID控制。在发动机台架上进行了装有国内研发的可变喷嘴涡轮增压器电控系统的6缸发动机的匹配和稳态试验,试验结果表明采用国产可变喷嘴涡轮增压器对发动机性能有较大的改善。     

JK80VNT增压器的开发研究

可变喷嘴涡轮调节技术是改善增压柴油机低速性能、降低柴油机排放的有效措施。本文对JK80VNT增压器进行了设计计算，将所设计的转叶式可变喷嘴涡轮增压器进行了涡轮性能试验，试验结果表明它能够有效地调节涡轮特性。并进行了可变喷嘴涡轮增压器与CA6106柴油机的匹配试验，将其结果与带放气阀增压器的试验结果进行了比较，结果表明CA6106柴油机高速油耗和整个外特性烟度都得到明显的改善。     

基于正交试验的低速机增压器涡轮排气壳性能优化研究

为提升船用低速机涡轮增压器性能,对增压器涡轮排气壳底部流道结构进行参数化,设计并开展了以效率为优化目标的四因素三水平正交试验优化设计和增压器整机性能试验。首先,采用CFD数值模拟方法对不同参数组合的涡轮气动性能进行了计算,然后对涡轮排气壳底部流道结构参数开展了灵敏度分析,同时针对不同参数组结构开展了内部流场对比分析,明确结构因素对流动的影响机理;在此基础上对优化后方案开展了涡轮特性分析,最后在低速双燃料机平台上开展增压器整机试验验证。分析研究表明：在涡轮进气壳、喷嘴环和涡轮叶片等通流部件结构不变的前提下,涡轮排气壳排气方向轴向长度对涡轮整级效率的影响最大,优化后效率明显提升,设计点总压损失系数降低0.3874,静压恢复系数提升0.537,总静效率提升1.85%,其余工况总静效率最大提升2.4%。试验结果表明：优化后涡轮增压器整机效率在主机燃油模式和燃气模式下的全工况范围内效率均有提升,最大提升幅度分别达到1.4%和2.1%,涡轮性能和增压器整机性能改善明显。     

可变涡轮喷嘴增压器的电控匹配

介绍了可变喷嘴增压器在电控柴油机应用中稳态工况及动态工况的电控匹配方法,对极端工况下增压器匹配可能出现的问题进行了分析并提出解决方案,试验结果表明可变喷嘴增压器和电控匹配技术的使用能够有效兼顾增压器在稳态和动态工况下与发动机的良好匹配.     

利用文丘里管和VNT提高柴油机EGR率的研究

利用文丘里管和可变喷嘴增压器(VNT)提高柴油机的EGR率,旨在降低柴油机NOx的排放.采用试验的方法研究,对文丘里管喉口直径进行了优化,分析不同的喉口直径对发动机外特性参数的影响;对于VNT系统,分析VNT叶片开度对EGR系统的影响,并在最佳的EGR率下,进行了VNT与旁通增压器的柴油机性能对比.通过文丘里管喉口直径的合理选取和VNT喷嘴环叶片位置的调节,增加涡前与文丘里管喉口的压差及EGR率.结果表明,基于VNT的EGR系统,扩展了EGR率的范围,小负荷的EGR率能达到30%,在保证柴油机动力性、经济性不变的前提下,大大地降低了NOx的排放.     

可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响

针对普通废气涡轮增压器低速响应和高速功率不能同时兼顾的特点,对可变喷嘴涡轮增压器(VNT)进行了试验研究。通过试验分析了喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响,并得到了VNT的优化脉谱。同时进行了VNT的瞬态响应研究。研究结果表明:VNT通过改变涡轮喷嘴环面积可与柴油机各工况实现最佳匹配,燃油消耗率在全工况范围内明显改善,在高速低负荷时燃油消耗率降低最多,达到了10%;通过增加低速的进气量,VNT对柴油机低速高负荷工况性能有明显改善,扭矩约增加15N·m,油耗率降低2%,烟度从原机4.5 BSU降低到2.5 BSU;通过与原机外特性的对比,在中高速的NO_x和烟度排放与原机相差不大,在低速区NO_x增加约100×10~(-6),烟度降低2 BSU,在整个转速范围内油耗率降低2%～3%。     

车用柴油机涡轮增压器涡轮BPF噪声的试验研究

阐述了涡轮增压器涡轮BPF噪声产生的机理,针对不同的涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间间隙的涡轮增压器进行了噪声测试。试验结果表明:增大涡轮壳舌尖与涡轮叶片之间的间隙可以降低涡轮增压器的涡轮BPF噪声;但对发动机性能有一定的影响。     

20RK270型柴油机增压匹配试验分析

以20RK270型柴油机增压器匹配试验为例,探讨增压器匹配的思路以及喷嘴环的通流面积对柴油机性能的影响。通过计算柴油机的增压参数确定增压器型号,利用模拟计算确定喷嘴环的选用范围。根据柴油机实际应用环境,探讨压气机进气温度对柴油机性能的影响以及对增压匹配的要求。经过匹配试验使柴油机满足设计要求。     

TPR61-A10增压器在R16V280ZJ型柴油机上的配套研究

通过TPR61-A10增压器与R16V280ZJ型柴油机的配套试验,测试了不同供油提前角、不同喷嘴环面积及环境温度变化对柴油机性能的影响,优化了柴油机的装车运用性能和系统结构.     

Numerical simulation of air flow through turbocharger compressors with dual volute design

In this paper, turbocharger centrifugal compressors with dual volute design were investigated by using Computational Fluid Dynamics (CFD) method. The numerical simulation focused on the air flow from compressor impeller inlet to volute exit, and the overall performance level and range are predicted. The numerical investigation revealed that the dual volute design could separate the compressor into two operating regions: “high efficiency” and “low efficiency” regions with different air flow characteristics, and treating these two regions separately with dual diffuser design showed extended stable operating range and improved efficiency by comparing with conventional single volute design. The “dual sequential volute” concept also showed the potential to further extend the stable operating range by closing one of the volutes at low air flow rates. Furthermore, by comparing with other alternate designs such as variable diffuser vanes and variable inlet guide vanes, the operation of the dual sequential volute also features relatively simple control and calibration.     

有叶增压器蜗壳内三维粘性可压缩流场的CFD模拟

为研究有叶蜗壳内的详细流场和其效率提高的可能性,提出了一种对蜗壳和喷嘴环流动区域利用控制容积法对其可压缩、粘性流体三维流场进行CFD数值模拟的方法,并以某增压器为例进行了计算分析。结果表明：这种方法可以清晰地展现模型内部流体压力、温度和度的分布情况,对所计算结果参数进行分析后,可找出模型内流动损失区域和造成损失的原因。以有针对性地对增压器内腔进行优化设计,降低不合适几何形状造成的损失。     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

特殊背压下高增压柴油机增压器匹配性能研究

基于GT-power搭建了某高增压柴油机一维仿真模型,并通过试验数据对模型进行标定。利用该模型计算分析了柴油机在不同排气背压下的性能,利用计算结果配合试验,分析了排气背压高且波动范围大工况下的压气机和涡轮的匹配。研究表明:背压升高会导致柴油机性能恶化,通过增压器的合理匹配可以实现高排气背压柴油机功率的恢复,稳态工况下可以恢复至59.8%,背压波动工况可以恢复至66%;高排气背压工况应提高压气机低压比区域的效率和流量,并适当控制高压比区域的压比;涡轮喷嘴环流通面积对性能影响较大,过大或过小均不利于功率恢复,通过选择合适的涡轮,可使功率恢复提升10.9%;柴油机性能参数随排气背压波动做规律波动,但存在一定的延迟,波动的幅值与该性能参数的迟滞时间负相关。     

涡轮增压器进/排气蜗壳结构优化与性能分析

为了分析涡轮增压器涡轮部件进/排气蜗壳对涡轮级性能的影响及相互作用机理,提高涡轮效率,采用数值模拟的方法对涡轮增压器中的进/排气蜗壳进行优化设计,提出进气蜗壳和排气蜗壳的优化方案,并与涡轮整机联合运算,对比分析涡轮整机的性能。结果表明:进气蜗壳主要对静叶10%叶高的来流攻角产生影响,优化方案可为涡轮提供更好的进口条件,排气蜗壳主要对动叶尾缘的载荷分布产生影响,优化方案可以增加涡轮的做功能力,进/排气蜗壳的优化设计可使整机总静效率提高1.19%。     

矩形截面与圆形截面蜗壳对涡轮性能影响的比较研究

分别设计了喉口面积相等的矩形截面蜗壳和圆形截面蜗壳,通过数值计算,就两种结构对涡轮性能的影响进行了全工况的比较分析,结果表明,当涡轮采用圆形截面蜗壳时比采用矩形截面蜗壳时的效率高。并通过内部流场的分析揭示了两种蜗壳流动损失差异的原因,为涡轮增压器的进一步开发和匹配提供一定的参考。     

欧Ⅳ轿车柴油机关键参数优化与匹配试验研究

在一款标定功率74kW、配置电控分配泵的欧Ⅲ柴油机基础上,通过采用第二代高压共轨(160MPa)燃油喷射装置、可变喷嘴截面涡轮增压器(VNT)等技术,并对关键零部件的局部结构设计予以优化改进.对喷油嘴伸出量(NTP)、喷油嘴流量、涡流比和涡轮增压器进行了综合性能匹配试验.结果表明,改进后的柴油机标定功率提升至98.2kW,排放满足欧Ⅳ法规,并且加装颗粒捕集器(DPF)后,具备从欧Ⅳ进一步升级至欧Ⅴ的潜能.