带不同类型调节阀的二级增压系统结构与性能对比

对带外置式蝶阀的二级增压系统和带内置式旁通阀的二级增压系统进行了结构和性能比较.从结构上看,带内置式旁通阀的二级增压系统结构更为紧凑,但2个涡轮箱都需要重新设计.由试验结果可知,带外置式蝶阀的二级增压系统具备更大的流量调节能力,可实现高压级增压器的短路,带内置式旁通阀的二级增压系统旁通废气量可达总流量的30%以上.     

回热旁通增压系统的试验研究和数值模拟

本文首先用等效增压器的概念对回热旁通增压系统的工作原理作了“准”定量的分析,然后在B6135-ZG20涡轮增压柴油机上进行了试验研究,最后用数值模拟方法考察了增压器效率和回热度对该增压系统性能的影响,并对采用回热旁通措施后的整机性能作了预测。研究表明,采用回热旁通增压系统能有效地提高柴油机在低速运转时的增压压力,不同程度地降低柴油机的有效燃油消耗率、排气温度和烟度。     

柴油机两级增压等百分比流量调节旁通阀设计

针对柴油机两级增压旁通阀大范围高精度调节特性需求,开展了增压旁通偏置异型阀阀瓣型线优化设计研究,实现了等百分比流量调节特性,解决了通用快开型废气旁通阀流量调节精度低的问题,并且具有等百分比流量特性的旁通阀可以实现控制参数在全开度范围内的一致。针对不同异型阀结构,进行了流量调节特性分析,提出了多截面混合阀设计方法,通过多种阀门流量特性试验,验证了多截面混合阀有效调节范围。研究表明,优化设计的多截面混合阀流量特性与等百分比流量特性最接近,最大有效相对开度为0.73,为通用平面旁通阀的2.6倍,增益变化率缩小,大幅提升了调节精度,多截面混合阀可显著改善增压压力的调节特性,能够平稳且有效地控制可调两级增压系统的增压压力。     

带有进排气旁通的相继增压柴油机的计算分析

建立了带有进排气旁通的相继增压柴油机稳态仿真程序,缸内过程采用充满与排空法,进排气过程采用一维非定常流动模型,选择有限体积法对其进行离散求解。对某船用带有进排气旁通的相继增压柴油机,进行了多组性能模拟计算,结果表明:计算结果与试验数据基本一致;柴油机转速在855～920 r/min时,开启旁通阀,能增加压气机的空气流量,避免喘振,并提高了增压压力,降低了排温,改善了柴油机的大扭矩性能,但柴油机的经济性有少量降低。     

可调二级增压柴油机瞬态加载性能的试验

对柴油机用可调二级增压系统进行了瞬态加载试验研究,建立了可调二级增压系统的柴油机瞬态试验系统,通过全工况范围内的稳态试验进行了可调二级增压旁通阀调节规律分析研究.基于稳态的旁通阀调节规律确定了瞬态加载过程的试验方法,进行了3条转速线上的瞬态定转速加载性能试验.试验结果表明:较低转速高负荷时应关闭涡轮旁通阀来改善燃烧,相应瞬态过程中在低负荷时也应关闭旁通阀来避免增压压力上升缓慢和排放性能差等问题.针对较高转速提出了一种修正调节规律,从而有效地提高了增压系统对柴油机加载过程的响应特性,同时也改善了烟度排放.     

船用柴油机进排气旁通阀开启工况和控制策略研究

使用相继增压技术可以充分发挥高速、高功率密度船用柴油机的性能优势,但是在相继增压技术的使用过程中,依然存在涡前排温超限和增压器喘振等风险。尤其是在船机推进加载的瞬态过程中,喘振现象的出现会极大地影响加载时间。为了降低上述风险,本文对进排气旁通阀开启工况和控制策略进行了研究。研究结果表明:稳态工况时,开启进排气旁通阀,有利于降低低速外特性工况的涡前排温和烟度;瞬态工况时,开启进排气旁通阀,可以降低增压器喘振风险,从而使瞬态推进加载时间从120秒缩短到30秒。此外,先进的控制策略可以使进排气旁通阀在增压器瞬态切换工况时更精准地发挥降低喘振风险的作用。     

带有相继增压的旁通补燃动力涡轮复合式发动机的计算分析

本文在研究法国旁通补燃增压柴油机、德国相继增压柴油机的基础上，提出了旁通补燃与相继增压相结合的动力涡轮复合式发动机方案，并对它的实际工作过程、性能特点及提高功率的潜在能力，进行了电算预测，从理论上证明了这种复合发动机方案不仅具有旁通补燃、相继增压系统的一切优点，而且具有更大的优越性，在高功率的活塞式发动机方面提出了一个新概念和方向。     

基于空燃比控制的可调两级增压动态性能研究

以6缸可调两级增压柴油机为研究对象,设计了高压涡轮旁通闭环控制系统;建立了前馈式PI闭环控制算法,在瞬态过程中采用根据空燃比及其变化率对旁通阀开度进行调节的策略。瞬态工况试验表明,设计的闭环控制系统和算法对发动机动态响应性能的提高具有明显的效果。当发动机喷油量或者转速增加时,系统判断其进入加速或加载阶段,旁通阀立即关闭,进气压力迅速建立,减弱了涡轮增压系统的迟滞效应;当过量空气系数出现上升趋势时,旁通阀调节至查表所得的开度,待发动机喷油量和转速均不发生变化时,系统判断发动机恢复稳态,进入稳态闭环调节模式。对比其他不含动态判断的情况,发动机动态响应特性明显提升。     

可调二级增压柴油机旁通阀特性和调节规律的试验

对柴油机应用可调二级增压系统进行了全工况的试验研究.结果表明,涡轮旁通阀可以对增压压力进行调节进而影响柴油机的性能.可调二级增压系统可以增大柴油机中低转速的增压压力,改善碳烟排放;当循环供油量增加后还可以提高中低速时的外特性转矩.中低转速中高负荷时,两级增压会提高进气量改善燃烧,明显地提高了燃油经济性.中高速时,进气量的提高没有明显地改善燃烧的效果,反而造成泵气损失增大,基于经济性考虑应开启涡轮旁通阀,与此同时为避免节流效应压气机旁通阀也应开启将高压级增压器完全旁通,旁通后由于复杂的进排气管增加了流动损失使得油耗略有升高.     

小型航空活塞发动机二级增压方案的仿真分析

根据某小型航空活塞发动机功率恢复的需要,提出了两种不同的二级增压系统方案,即可调二级增压系统和带旁通阀的可调二级增压系统。研究结果表明,两种二级增压系统方案均能较大幅度提升发动机的运行高度;相比较,带旁通阀的可调二级增压系统在提升发动机性能方面具有更大的优越性。     

两级涡轮增压对轻型柴油机性能影响的试验研究

在某轻型柴油机上设计了两级涡轮增压系统,进行了匹配两级涡轮增压的试验研究。研究结果表明,在较低转速高负荷工况,废气全部流经高压级增压器可以改善经济性,在较低转速低负荷工况,将进气旁通阀和废气旁通阀全开能够减小排气背压和进气节流损失,降低比油耗;在较高转速,进气旁通阀和废气旁通阀全开的经济性更好。经济性优化情况下,两级增压相对原机单级增压可以明显降低低速段和高速段的比油耗,外特性低速段的比油耗最大降幅达到21 g/（kW.h）,标定转速也降低了10.5g/（kW.h）,发动机的万有特性经济运行区明显变宽。     

重型柴油机二级增压系统匹配仿真研究

为了降低重型柴油机的燃油消耗率,采用GT-POWER软件建立仿真模型,在一台单级可变截面涡轮增压器（variable geometry turbocharger, VGT）柴油机上开展了二级增压匹配与增压系统参数优化工作。仿真结果表明,所提出的二级增压系统在匹配点能够以最高效率运行,在全工况都能提供足够的进气流量;完全关闭低压级废气旁通阀,正交优化高压级废气旁通阀开度和米勒循环度,能够进一步降低二级增压发动机的燃油消耗率;降低级间中冷温度能够降低泵气损失,提高增压压力,温度由100℃降至50℃在标定点能够使燃油消耗率降低约3 g/（kW·h）。对二级增压及参数优化工作的燃油消耗率改善效果进行了试验验证,低速工况燃油消耗率整体有所下降,高效点燃油消耗率下降4.1%。     

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。     

高强化两级涡轮增压柴油机匹配性能仿真研究

本文建立了某高性能单级涡轮增压柴油机GT-Power性能仿真模型,结合试验数据对模型进行了校核和验证.根据对原型机仿真模拟计算结果的分析,选取Garrett公司T系列涡轮增压器,为其匹配了两级可控涡轮增压系统,并建立相应的整机性能仿真模型,在此基础上研究分析了废气旁通阀开度变化以及高低压级增压器分别采用可变几何涡轮对整机匹配特性的影响等.计算结果表明：采用两级可控涡轮增压系统后,在兼顾原机高工况性能的同时,能有效改善其低工况的性能,在全工况范围内能实现与柴油机的良好匹配.     

机械增压器旁通阀控制方式与油耗及试验研究

本实验研究为基于最低燃油消耗率的旁通阀开度标定实验。其主要目的是将旁通阀由真空度自动控制改为电动调节,得出不同负荷下燃油消耗率随旁通阀开度的变化关系,从而找出同一负荷下最低油耗点及相应旁通阀开度,为旁通阀电子控制提供控制策略。试验表明优化后的旁通阀开度可以使发动机燃油消耗率较大幅度降低,在低速时,最大节油率4.02%;在高速时,最大节油率6.62%。而在中间转速时的最低燃油消耗率由原机的260.1g/kWh下降为257.3g/kWh,节油率为1.42%。而且优化旁通阀开度使得发动机在更大的转速范围内处于低油耗区域。而且旁通阀开度优化后,发动机在更大的负荷范围内处于低油耗区。这可以为制定电子控制旁通阀开启策略提供标定参考依据。     

两级可调增压系统变海拔适应性研究

在D6114柴油机原机模型校核的基础上,建立两级可调增压系统仿真计算模型。通过对压气机图谱的高原修正和高压级涡轮旁通阀门的控制,进行两级可调增压系统的变海拔适应性计算研究。研究结果表明:柴油机通过采用两级可调增压系统可以实现海拔3000m和4500m的功率恢复目标;高压级涡轮旁通阀门需要采用不同的开度来适应不同海拔高度和不同转速工况,阀门开度的调节幅度会随着海拔的升高和转速的减小而越小;采用两级可调增压系统及相应的阀门控制策略可以固定最大扭矩和最低燃油消耗率所对应的转速。     

N6135柴油机进口加湿技术中压气机的性能研究

通过对N6135增压柴油机进口加湿的理论计算和试验研究,论述了压气机内蒸发压缩过程的研究方法,并初步验证了——通过进口加湿降低压气机出口温度、减少压缩功等理论,为增压柴油机能在恶劣环境中的可靠工作提供了依据。     

对某增压柴油机润滑系统的一维流体动力学分析及设计改进

针对某国产增压柴油机的润滑系统存在的增压器轴承早期失效,活塞温度偏高等问题,应用一维流体动力学分析软件FLOWMASTER建立润滑系统仿真模型,对润滑系统旁通控制阀的开启参数设置的合理性进行了仿真分析。仿真分析表明:上述问题产生的根源是机滤总成旁通阀和活塞冷却喷嘴的开启压力设置不合理。据此进行了优化设计,优化后的润滑系统避免了上述问题,发动机工作可靠性得到提高。     

汽油机怠速旁通阀进气特性研究

利用软件对发动机怠速工况下旁通阀进气进行仿真分析,结合实验数据验证所建立的模型的精度,在此基础上,利用验证后的模型对点燃式发动机起动工况下的旁通阀进气特性进行了模拟,结合平均值模型对汽油机进气特性的描述,建立了发动机的旁通阀进气模型。     

柴油机可控机械复合涡轮系统总能效率优化研究

针对重型柴油机余热和余压能回收利用,提出了一种可控机械复合涡轮系统。该系统采用废气旁通阀和无级变速器,根据发动机运行工况动态调节增压涡轮和动力涡轮的运行状态,以获得最大的总能效率。在基于GT-SUITE的发动机及整车仿真平台上,从设计域层面研究了动力涡轮通流面积与传动速比对柴油机总能效率的影响规律,提出了增压涡轮、动力涡轮与发动机的匹配策略;针对发动机在驾驶循环下的全工况运行特征,从控制域层面研究了无级变速器传动速比和动力涡轮旁通阀开度对动力涡轮运行效率及系统总能效率的调节规律;根据所提出的无级变速器和旁通阀的控制策略,对总能效率改进效果进行了评估。研究结果表明:增压涡轮与动力涡轮的匹配关系对总能效率的提升效果有显著影响。标定工况下总能效率提高了4.3%,FTP75市郊驾驶循环工况下节油率为1.28%。