非道路涡轮增压柴油机高原适应性研究

为改善非道路柴油机高海拔条件下功率下降、经济性及排放性能恶化、高速增压器超速等问题,利用柴油机高原环境模拟台架试验结合一维仿真研究了0～4 000m海拔环境下增压器运行特性、柴油机综合性能参数等随海拔高度的变化规律及影响机理。针对柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数计算和选配,提出一种带有废气旁通阀的两级涡轮增压匹配方案。研究结果表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在转速800～2 800r/min全负荷工况下,柴油机动力性、经济性变化梯度呈现出先减小后增大的"浴盆形"趋势。在0～2 000m海拔环境下,柴油机转矩降幅达4.3%,有效燃油消耗率降幅达6%。随着海拔升高,中冷前温度与涡前温度逐渐升高,增压压力与涡前压力逐渐降低,CO、全碳氢和NO_x排放升高。匹配两级增压系统后,对比原机4 000m海拔运行工况,柴油机功率平均升高14.9%,有效燃油消耗率平均降低11.8%,实现了非道路柴油机的高海拔性能恢复目标。     

高原自适应柴油机涡轮增压技术研究

针对某柴油机面临的变海拔适应性问题,基于可变截面增压器,建立了柴油机变海拔自适应增压系统,利用高原柴油机性能模拟试验台,进行了0~4 000 m高原性能模拟对比试验,研究了高原环境下增压对换气过程及柴油机性能的影响。研究结果表明:通过采用可变截面增压技术,柴油机高海拔性能下降得以改善,并解决了柴油机在高海拔低速工况下不能工作、增压器喘振等问题,使柴油机在4 000 m海拔下最大扭矩点转速恢复到原机平原条件下的转速1 300 r/min,扭矩降幅小于5%。通过初步研究得出可变截面增压技术在柴油机高原恢复功率、降低热负荷方面具有一定的潜力。     

高海拔二级增压系统与喷油系统匹配模拟

建立基于可变几何截面增压(VGT)二级可调增压柴油机高海拔工作过程仿真模型,并进行了验证.将反向传播(BP)神经网络与仿真模型相结合,完成柴油机高海拔、变工况下增压与喷油系统控制参数的匹配模拟计算.结果表明:与原机相比,优化后柴油机在5.5 km海拔下,低转速增压压力和进气流量平均提升24.2%和26.9%,最大转矩提高9.1%,低速转矩平均提高了38.9%,标定功率提升6.7%,低速燃油消耗率平均降低了3.7%,空燃比平均降低了9.7%.高海拔低转速下,柴油机动力性得到有效提升,中、高转速下,最高燃烧压力降低至限制值以下,达到了预期的优化目标.     

增压方式对柴油机高原环境下工作特性影响的数值模拟

以一台高压共轨重型柴油机为研究机型,构建了一维热力学模型,首先对比研究了单级增压(single-stage turbocharger,1TC)和二级增压(two-stage turbocharger,2TC)对柴油机变海拔条件下工作特性的影响;然后将2TC的高压级更换为可变截面涡轮增压器,在4km海拔条件下,分析了叶片开度对柴油机性能的影响。结果表明:相较于1TC,2TC可进一步提高柴油机对海拔变化的适应性,特别是在低转速工况下效果更加明显。低转速工况时,可变二级增压柴油机叶片开度在40%～70%转矩最大,有效热效率最高,有效燃油消耗率最低;随着转速升高,增大叶片开度可降低排气背压,减少缸内残余废气,提高增压器效率,NOx排放减少,有效燃油消耗率降低;低转速时传热损失率随叶片开度增加先减小后增加,中高转速时传热损失随叶片开度增大而下降。     

基于可变高增压方式的航空活塞发动机变海拔工作特性仿真研究

以一台直列四冲程压燃式航空活塞发动机为研究机型,通过GT-Power构建一维热力学模型,首先对比研究了不同海拔下固定截面增压（fixed geometry turbocharger, FGT）、可变几何截面增压（variable geometry turbocharger, VGT）和两级可变几何截面增压（twinvariable geometry turbocharger, TVGT）对发动机性能的影响;然后基于搭建的TVGT增压系统,探究了高、低压级VGT叶片开度对发动机变海拔条件下工作特性的影响。结果表明：在不同海拔和转速工况下,发动机匹配TVGT增压系统后,其海拔适应性更佳。针对TVGT系统,在不同海拔下,当高压级VGT叶片开度位于0.2～0.4范围内,低压级VGT叶片开度位于0.6～0.8范围内时可以获得较高的动力性及经济性。通过对高、低压级VGT叶片开度的优化,在巡航工况转速3 397 r/min时可在6 000 m海拔下实现106.8%的功率恢复目标,可满足发动机对高海拔工作运行的功率恢复要求。     

SOFIM柴油机气波增压研究

将SOFIM涡轮增压中冷柴油机改造成气波增压中冷柴油机。匹配气波增压器的柴油机需重新设计进、排气管，根据气波增压的要求，采用进气均匀性更好、总管容积更大的进气管及中央出口渐扩式排气管，采用变频电机优化增压器转子与曲轴间的传动速比，使得在整个发动机工况内均能实现较高的增压比。试验结果表明，气波增压柴油机的动力性和排放性能在低转速下优于原机，在中高转速下比原机差，通过设计容量更大的进、排气管及进一步优化速比可改善气波增压柴油机在高工况下的性能。     

柴油机注汽涡轮增压系统

针对涡轮增压柴油机在低工况运行时 ,出现增压压力不足、燃烧过量空气系数小和废气排温较高等固有特性 ,提出了一种利用增压器废气余热产生水蒸气 ,并注入涡轮来提高增压器的压比和空气量新方法 ,以改善涡轮增压器与柴油机的匹配 ,提高柴油机性能     

柴油机二级可调增压系统高海拔标定试验

通过内燃机高海拔模拟试验台进行了二级可调增压柴油机不同海拔和工况性能试验,研究了高压级可变截面涡轮增压器(VGT)叶片开度对二级可调增压柴油机性能的影响,得到了不同海拔全工况VGT叶片最佳开度脉谱.结果表明:在不同海拔下,大负荷工况VGT叶片最佳开度随转速增加逐渐增大,中、小负荷工况VGT叶片最佳开度随转速增加先减小后增大;随海拔升高,相同工况下的VGT叶片最佳开度逐渐减小;与单级增压柴油机相比,海拔5.5,km二级可调增压柴油机最大转矩和标定功率分别提高了11.0%,和11.8%,,低速转矩平均提高了31.1%,,适应性系数提高了19.2%,,最低燃油消耗率和低速时燃油消耗率分别降低了4.8%,和15.3%,;不同海拔高、低压级增压器与柴油机的联合运行线均位于压气机较高效率区.     

柴油机注汽锅轮增压系统

针对涡轮增压柴油机在低工况运行时，出现增压压力不足、燃烧过量空气系数小和废气排温较高等固有特性，提出了一种利用增压器废气余热产生水蒸气，并注入涡轮来提高增压器的压比和空气量新方法，以改善涡轮增压器与柴油机的匹配，提高柴油机性能。     

可调两级增压系统的动态性能研究

以一款6缸增压发动机为对象,对可调两级增压系统在推进特性下变工况的动态性能进行研究。利用GT模型耦合优化算法,对两级增压系统的匹配方案和调节规律进行优化;通过推进特性下动态性能的分析,确定了旁通阀的动态控制规律,在增压压力超调限制的条件下,显著提高了增压压力响应速度;建立了积分分离的PI控制算法,通过与普通PI控制对比发现:积分分离的PI控制算法可以保证增压系统的抗干扰性,使得增压压力的波动明显减小。     

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。     

380ZL柴油机增压器选配及优化

为一款处于设计阶段的三缸柴油机匹配合适的废气涡轮增压器并进行优化,以使发动机达到设计要求。使用AVL公司的boost软件计算出匹配所需增压器的参数,以此为依据选取宁波天力公司的JK48增压器与发动机匹配。但模拟结果未满足设计要求。因此,在原增压器基础上模拟调整压气机与涡轮机,模拟结果显示:发动机与调整后的增压器联合运行时能够满足设计要求。模拟调整压气机与涡轮机的方法可为增压器匹配工作提供快速、准确的指导。     

2缸高压共轨柴油机增压器性能匹配与研究

针对一款2缸高压共轨4气门增压柴油机,基于2缸柴油机进、排气压力波动的特殊性,研究了不同发火顺序的发动机排气对增压器匹配的影响,选择了360°CA的发火顺序,分析了2缸柴油机增压器效率的波动及泵气损失的特点。兼顾乘用车对柴油机高低速性能的要求,设计了2种方案的增压器进行分析和匹配试验,提出了增压器的改进优化技术措施并进行了优化试验。试验结果表明:柴油机中低速性能得到了改善,低速扭矩增加了8N.m,燃油消耗率降低了12g/(kW.h),柴油机的各项性能指标满足设计目标,排放达到欧Ⅳ标准。     

基于燃烧室与增压器匹配的柴油机热效率优化设计及仿真研究

以某重型柴油机为研究对象,采用仿真计算的方法探究了基于缸内燃烧系统和空气系统优化使发动机最低油耗区间匹配不同使用工况,提出满足发动机不同应用场景需求的匹配方案。研究结果表明:采用压缩比为19.5的燃烧室,缸内混合气过稀区减少,燃烧放热速率加快,热效率提高;通过合理匹配增压器和燃烧室可以实现柴油机最低油耗区间与目标工况区间的匹配。以优化低转速中低负荷工况油耗为目标,采用压缩比为19.5的燃烧室,同时采用较小的涡轮当量流通截面积,可以使最低油耗区匹配低转速中低负荷工况,低转速中负荷油耗改善3.1%。以优化中转速中高负荷油耗为目标,采用压缩比为18.5的燃烧室,结合增压器的优化匹配,可以使最低油耗区匹配中转速中高负荷工况,中转速中负荷油耗改善1.6%。以优化高转速高负荷油耗为目标,通过提高最高燃烧压力,采用压缩比为21.5的燃烧室,同时采用较大的涡轮当量流通截面积,高转速高负荷油耗可改善4.2%。     

Effect of turbocharger on performance and thermal efficiency of hydrogen-fueled spark ignition engine

This study systematically investigated the application of a turbocharger system to a hydrogen spark ignition engine to extend operating limitations under high loads. The exhaust system of a commercial 2.4-L natural aspiration spark ignition engine was modified by adopting a turbocharger system. Engine test speeds were 2000–6000 rpm at intervals of 1000 rpm. The intake pressure was fixed for each experimental case, however, the quantity of hydrogen and spark advance timings were varied before the back-fire occurred. High load conditions under natural aspiration and turbocharging conditions were compared. The results indicated that distinctly higher boosts with the turbocharging system helped extend high load conditions, however, the high exhaust pressure obstructed the increasingly high load conditions under high speeds.     

基于Simulink在不同排气背压下VGT增压系统控制策略

为了改善柴油机在高背压环境条件下进排气流速降低、涡前排温、缸内最高燃烧压力和油耗升高等问题,采用Simulink软件,基于柴油机数学模型建立某型号柴油机零维仿真模型和可变截面涡轮(variable geometry turbine,VGT)增压系统仿真模型,并根据试验结果对模型进行校核.利用所建立的仿真模型模拟在不同排...     

增压直喷汽油发动机基础增压压力优化的研究

为满足当前日益严格的油耗和法规要求,增压直喷技术越来越成为发动机标准的动力配置。各主机厂及设计机构纷纷研发高性能增压直喷发动机。增压器的广泛应用,带来了一系列新的技术难题,如基础增压压力高问题。基于典型增压直喷发动机的开发,分析了基础增压压力的概念,阐释了必须面临的基础增压压力高的新型问题,找出了解决此问题的设计优化方案。最后,通过台架试验和整车试验充分验证了增压直喷发动机基础增压压力高所带来的问题,以及降低基础增压压力后的表现。     

柴油机可变喷嘴增压器控制逻辑设计与参数标定

为了满足排放法规、提高发动机的效率和加快动态充气的响应,针对配置可变喷嘴涡轮增压器（VNT）的轻型卡车柴油机,设计了增压压力控制逻辑。控制器根据发动机转速和喷油量查询增压压力脉谱（MAP）,确定目标增压压力。采用开环预控制和闭环PID控制相结合的控制结构对增压压力进行控制,并通过排放试验标定了增压压力基本MAP、预控制MAP和PID参数因子MAP。发动机试验台上的实际控制试验结果表明,发动机实际的增压压力能够有效跟踪设定值,控制误差不超过8％。     

优化增压器以改善发动机低速响应性的措施

发动机的低速响应性直接影响到驾驶者对驾驶乐趣的感受。但是增压发动机升功率升扭矩的不断提高,又对低速响应性提出了严苛的挑战。我们针对一款1.0 L增压直喷汽油发动机,通过优化增压器的匹配方案和选择高压比的增压器压气机,实现了对发动机低速扭矩响应性的显著改善。