涡轮增压器轴系对匹配发动机性能的影响

从增压器效率角度对增压器性能进行了分析,指出提高增压器轴系机械效率ηm可提高增压器总效率ηTC,分析了影响轴系机械效率ηm的原因、因素和影响程度,得出轴颈半径r、增压器转速对涡轮功率损失、轴系机械效率影响大,指出增压器转子总成的转动惯量不仅影响增压器的响应能力,也影响增压器匹配发动机的稳态性能,采用UG软件计算、分析了2种不同轴系方案转子总成的转动惯量和质量,小轴系方案转子总成转动惯量小、质量轻,并在发动机试验台架上进行外特性试验对比,得出:小轴系结构增压器具有更低的转动惯量,并由于涡轮低速脉冲收益原因,这对改善发动机低速性能有较大好处,但是对中高速性能影响不大,最后得出了计算增压器轴系机械效率ηm的方程式。     

双流道涡轮增压器对发动机性能的影响分析

随着国家对油耗和排放的限制要求越来越严,汽油发动机小型化发展的趋势越为明显,发动机小型化后对低端性能和瞬态性能要求更为苛刻,双流道增压器相比单流道增压器,可以明显的改善发动机低端性能同时改善发动机瞬态性能,本文首先对双流道涡轮增压器的构造以及工作原理进行分析,进而运用一维热力学分析工具GT-Power建立双流道涡轮增压器的详细模型,分析双流道增压器对发动机稳态性能和瞬态性能的影响,仿真结果表明,相比单流道涡轮增压器,发动机采用双流道涡轮增压器后低速扭矩提高13%,使得发动机的最大扭矩最低转速范围进一步向低转速方向扩展,发动机在1 500 r/min外特性工况的瞬态性能提升18%,在2 000 r/min外特性工况的瞬态性能提升8%。     

应用电子增压器对涡轮增压发动机性能改善研究

以1款2.0 L涡轮增压直喷汽油机为研究对象,试验研究应用电子增压器(E-Booster)提升涡轮增压发动机低速性能,及改善发动机低转速区涡轮增压动态响应。试验结果显示:应用E-Booster后,1 000 r/min点的外特性扭矩提升近59%,发动机1 000~1 500 r/min低转速区间的扭矩响应时间缩短40%。同时对E-Booster的原理、布置方式、验证试验方法、以及EBooster不同介入程度对发动机运转参数影响进行分析总结,为后期E-Booster广泛应用提供可借鉴的经验和启示。     

柴油机电动压气机模拟分析

对某款4缸轻型柴油机电动压气机对发动机性能的影响进行仿真分析,研究电动压气机对发动机瞬态工况改善情况。匹配研究表明:电动压气机布置在压气机出口,与普通增压器串联,能够有效改善发动机某些工况的动力性和瞬态响应特性,发动机转速越低,改善效果越明显。转速为1300 r/min时,扭矩提升7.23%,定速加负荷工况的加速时间从16.7 s缩短至6.7 s,减少了60%;转速为1400 r/min时,扭矩提升6.52%,定速加负荷工况的加速时间从16.1 s缩短至7.1 s,减少了56%。     

集成排气歧管对汽油机动力性能影响的研究

以一台国五发动机为基础设计了4-1和4-2-1两款集成排气歧管,通过一维仿真的方式探究两种形式的集成排气歧管对发动机动力性能的影响。结果表明:采用了集成排气歧管后,转速大于1 600r/min时转矩变化不明显,与原机转矩有2%的波动;但转速低于1 600r/min时,转矩下降较多,其中4-1方案低速下转矩下降更加明显,1 200r/min时转矩下降11.1N·m,比原机下降5.9%。继而以1 200r/min为例探究了低速情况下,采用集成排气歧管造成转矩下降的原因。结果表明,采用了4-2-1与4-1集成排气歧管后,涡轮增压器前压力状态产生差异,影响了增压器效率;气门叠开期期间,由于排气背压增大,导致废气回流增加和缸内残余废气量增加,降低了充量系数。最后通过试验验证,采用了4-1集成排气歧管后的低速转矩确实低于原机,验证了仿真的准确性。     

一种改善增压天然气发动机动力性的方法及试验验证

分析对比了各种增压方法的优势和劣势,提出向压气机后补气,即利用废气涡轮辅助增压系统(EAS系统)改善动力性的方法,并进行台架和整车试验验证。通过分析不同补气压力对发动机性能的影响,得到影响动力性的主要参数是进气压力;补气后喘振趋势增加,合理控制补气速率可以避免喘振。研究结果表明:此方法使发动机低速最大转矩提升率达50%,最大转矩转速向低速移动至900r/min(原机1 200r/min);补气后整车的起步、加速、爬坡性能也得到显著改善。     

车用柴油机大小涡轮相继增压系统固定转速切换的试验研究

针对某车用柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的相继涡轮增压系统进行了试验研究。对柴油机分别采用大增压器、小增压器和大小增压器并联的3种方案进行外特性试验,通过分析试验结果初步确定了系统的两条固定转速切换线。对大小涡轮相继增压系统进行切换试验研究,并对切换过程中发动机转速的波动情况进行了分析,最终确定大增压器与小增压器相互切换的上下行转速分别为1380 r/min和1335 r/min,大增压器与大小两台增压器并联相互切换的上下行转速分别为1970 r/min和1955 r/min。最后,对固定转速切换的可靠性进行了试验验证。     

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。     

重型甲醇发动机增压器匹配仿真与试验

针对13 L M100甲醇发动机增压器匹配开展相关研究工作。基于发动机相关数据建立一维热力学模型并进行数值计算与仿真分析，针对发动机油耗率、废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）率、排温、喘振裕度等综合因素匹配出最优增压器并进行试验验证。试验结果显示，增压器方案1在转速为1 200 r/min时EGR率为20.5%，外特性最低油耗率可降至438 g/（kW·h），最大涡前排温为700 ℃，满足发动机性能开发指标。     

全可变液压气门机构对汽油机泵气损失及机械效率的影响

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气门汽油机可以显著降低中小负荷工况下的平均泵气损失压力,大幅度降低泵气损失、提高机械效率。在小于等于50%负荷工况点,发动机转速为2000 r/min时无节气门汽油机的机械效率可以提高3. 6%～10. 2%,3000 r/min时机械效率可以提高2. 8%～7. 1%。     

涡轮增压器轴向力分析与止推轴承承载力评估

为研究涡轮增压器止推轴承评估及选用方法,利用数值模拟建立某型号涡轮增压器的有限元模型,使用NUMECA软件对涡轮增压器轴向力进行分析,将轴向力结果输入DyRoBeS,计算止推轴承不同油楔面下的油膜厚度,选择承载能力满足要求的止推轴承,并进行压气机性能试验。结果表明:压比的仿真计算与试验结果基本一致,在低速工况下重合性较好,高速工况下最大误差小于1%;效率的仿真计算结果较试验略低,误差范围为0.5%-2.0%,但仿真与试验的总体趋势一致,在小流量范围内误差更小。该方法能够在增压器初步配试阶段较精确地选择止推轴承,提高整机可靠性。     

旁通补燃系统改善柴油机外特性的仿真研究

利用GT-POWER软件的仿真计算,研究了6缸V型柴油机上增加旁通补燃系统对发动机与增压器匹配性能的影响.仿真计算表明：旁通补燃系统可以改善柴油机在低转速时涡轮增压器的效率,是一种改善动态工况下增压器与发动机匹配的有效措施.     

供油系统调整对VNT柴油机低速性能影响

基于PW泵的常规供油系统增压补偿器的存在使得可变喷嘴增压器（VNT）对柴油机性能改善不明显。研究了供油系统参数调整对VNT增压柴油机低速全负荷性能的影响。结果表明：使增压补偿器压力室与大气相通以屏蔽增压补偿器并优化VNT开度后，由于供油量减小，低速全负荷排气烟度比装配GT35增压器的基础柴油机下降56．3％～73．5％，但动力性改善不明显；屏蔽增压补偿器、调整油泵供油特性并优化VNT开度后低速全负荷工况烟度下降53．8％～68．1％，同时1000r／min全负荷转矩增加8．2％。可见，基于电控供油系统的柔性供油特性可以更充分地发挥VNT系统潜能。     

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。     

增压柴油机加速性提升的摸索

通过对一款增压机械泵柴油机加速性的测试,摸索飞轮转动惯量、废气涡轮增压器、低速零气压扭矩等对柴油机加速响应性的影响规律.试验结果表明,降低飞轮转动惯量、合理匹配增压器、提高低速零气压扭矩等有利于提升柴油机的加速性;柴油机的加速性和自由加速烟度存在折衷（tradeoff）关系.     

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。     

汽油发动机涡轮增压器一种失效模式剖析的研究

随着汽车行业的飞速发展,涡轮增压发动机逐渐成为主流。涡轮增压器的广泛应用,在降低发动机排量的同时提升了功率和扭矩,同时也降低了油耗。由于涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮运转,所以整个系统需要承受较高的热负荷,同时增压器的工作转速最高可达到200 000 r/min以上,这也对冷却、润滑提出了较高的要求。在如此严苛的工作环境下,增压器经常会出现诸如异响、漏油、超增压或增压压力不足等失效模式。本文针对某型汽油发动机,重点剖析、研究论证增压器出现压端压力失衡(增压后进气管路漏气)失效时,对发动机工作的影响。     

Experimental Study on Thermal Balance of Regulated Two-Stage Turbocharged Diesel Engine at Variable Altitudes

It is significant to study thermal balance of diesel engine under different variable geometry turbocharger(VGT) vane openings at variable altitudes, which is helpful to assess the heat distribution, control the heat load and improve the heat efficiency of the diesel engine. A thermal balance test system was built to study the influence of the VGT vane opening angles on a regulated two-stage turbocharged(RTST) diesel engine's thermal balance performance. The experiment was conducted under full load operating conditions at different altitudes(0 m, 3500 m and 5500 m). Results indicated that the heat load of engine increased and the thermal efficiency decreased with the increase of altitudes under all operating conditions. As the VGT vane openings increased, the exhaust and maximum combustion temperature increased, while the maximum cylinder combustion pressure decreased. In particular, the maximum combustion temperature was more than 2000 K when the VGT vane openings were greater than 70% at the altitude of 5500 m, and the maximum combustion pressure exceeded 17 MPa when the opening of VGT vane was 70% at 0 m. The thermal efficiency of the engine decreased with the increase of VGT vane openings at the altitudes of 0 m and 5500 m, but the thermal efficiency increased and then decreased at the altitude of 3500 m. It was finally obtained that the best openings of VGT vane was 80%, 60% and 50% under the engine speed of 2100 r/min at 0 m, 3500 m and 5500 m, respectively.     

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。     

优化喷嘴叶片提高增压器和整机性能

喷嘴叶片对增压器效率有很大影响,本文对原增压器蜗壳及喷嘴环内流场进行三维模拟,分析并找到了叶片造成流动损失的原因,然后借鉴双纽线流量计原理对叶片进行重新设计,进而对新方案进行了模拟和叶片加工及整机性能试验。模拟和试验结果表明优化设计的叶片对增压器和发动机性能有明显提高。