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.     

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.     

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。     

蝶阀在可调二级增压柴油机中的调节特性计算研究

建立了以蝶阀作为调节阀的可调二级增压柴油机的平均参数模型,包括发动机本体模型、进排气系统模型、涡轮增压器模型和调节阀模型,其中蝶阀模型以工程上常用的流量系数为基础,针对柴油机排气的可压缩性进行了修正.利用该模型对调节阀的调节特性进行了计算研究.研究结果表明:蝶阀用作可调二级增压系统的调节阀在90°-60°开度区间内几乎无调节能力;在60°-0°开度区间内,能够近似地呈线性调节排气流量在阀门和高压级涡轮间的分配,同时也能实现对总增压压力的连续调节.     

高海拔可调两级增压柴油机油气协同控制研究

以某Ⅴ型6缸柴油机为研究对象,采用GT-Power软件开展高海拔可调两级涡轮增压柴油机油气协同控制研究。仿真模型的进气模块选用可调两级涡轮增压系统,燃烧模块的标定采用柴油机在低过量空气系数下的试验数据进行。采用该标定后的仿真模型开展了不同过量空气系数和喷油量工况下柴油机高原性能仿真计算。结果表明:在海拔4 500 m,且满足最高燃烧压力和排温限制的条件下,采用可调两级增压并结合油气协同控制,柴油机扭矩和功率可达到100%恢复;研究同时获得了最大扭矩和最大功率恢复的油气协同控制方法。     

VGT叶片开度对二级增压柴油机高海拔燃烧特性与性能的影响

通过可调二级增压柴油机高海拔燃烧与性能模拟试验,研究了不同海拔条件下二级增压器与柴油机的匹配特性、柴油机燃烧特性和动力经济性能随可调二级增压系统调节参数(VGT叶片开度)的变化规律.结果表明:不同海拔下,可变截面的涡轮增压器(VGT)叶片开度对高压级增压器特性参数(涡前压力、压比和转速)影响较大,而对低压级增压器特性参数影响较小;随VGT叶片开度减小,柴油机进气流量增大,联合运行线向阻塞线方向移动,缸内最高燃烧压力和最高瞬时放热率增大,预混燃烧瞬时放热率峰值减小,滞燃期缩短,燃烧重心向上止点方向偏移;海拔为5.5,km、VGT叶片开度从80%降低到50%,有效功率提高了2.5%,有效热效率提高了2.4%.     

柴油机可调两级增压系统调节阀流量特性

利用GT-Power仿真软件建立两级增压系统WP7柴油机仿真模型,研究不同流量特性调节阀在可调两级增压系统中的工作性能,获得两级增压系统调节特性;比较不同调节阀流量特性对增压压力调节的影响,分析不同流量特性的阀门开度对增压压力有效调节范围以及全开度范围单位调节量变化规律。结果表明:不同流量特性调节阀对可调两级增压系统调节特性不同,直线型、快开型和抛物线型流量特性调节阀对增压压力的有效调节开度相对较小,可以实现对增压压力的快速调节;等百分比流量特性在全开度范围内单位调节量基本相同,在小开度下能够降低流量敏感性、提高控制精度,大开度下提升流量敏感性、提高响应快速性,可以较好地满足两级可调增压系统大跨度、高精度增压压力调节需求。     

二级可调增压柴油机高海拔瞬态特性仿真

为改善车用柴油机高海拔下瞬态工况涡轮迟滞、进气流量响应慢及油耗和碳烟排放增加等问题,利用GTPower建立高海拔单可变截面增压(VGT)二级可调增压柴油机仿真模型,研究了0、3.5和5.5 km海拔下等速加载和恒载加速两种瞬态工况VGT叶片的调节特性,比较VGT叶片3种控制策略对柴油机瞬态特性的影响.结果表明:等速加载工况下,VGT最优控制策略为加载初期保持VGT叶片开度不变至加载中段,之后开度线性增加至加载后稳态工况对应开度;恒载加速工况下,加速初期开始增大VGT叶片开度,至加载中段开度增加至最大转速对应开度,之后VGT开度保持不变持续至加速结束的调节策略加速性能最好.二级可调增压柴油机高海拔加载、加速性能明显优于原机,5.5 km海拔加载过程转矩平均提高了6.2%,加速过程达到最终稳定转速时间缩短了44.8%,体现了二级可调增压系统改善柴油机瞬态特性的优越性.     

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。     

VNT增压系统对柴油机性能影响研究

研究了VNT增压系统及其对柴油机性能的影响。通过涡轮增压器台架试验,研究了VNT增压系统不同叶片开度的涡轮流通特性;建立了HPD柴油机工作过程及VNT联合仿真模型;计算分析了VNT可调叶片位置变化对压气机出口压力、涡轮前压力、柴油机功率的影响规律,为HPD柴油机增压系统方案设计提供了依据。     

柴油机可调两级涡轮增压系统一维仿真建模及验证

为降低柴油机在瞬态工况下试验的成本和难度,运用GT-Power软件建立安装可调两级增压系统的柴油机仿真计算模型,并对模型计算结果进行验证。结果表明：所建模型的仿真和试验结果有较好的一致性;稳态工况下,燃油消耗率相对误差为2.95%,进气压力相对误差为4.96%,涡前温度相对误差为4.89%;瞬态工况下,计算转矩、转速和增压压力与试验的结果相差较小且变化趋势有非常好的一致性。该仿真模型准确、可靠,可以进行可调两级增压系统柴油机稳态及瞬态性能的仿真研究,仿真结果可以为两级涡轮增压柴油机试验提供有效的数据支持,提高试验效率。     

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。     

基于调节能力的柴油机可调二级增压系统匹配方法

应用等效增压器概念对柴油机可调二级增压系统进行了理论研究.建立了可调二级增压系统的等效增压器模型,得到了基于旁通流量比的等效涡轮流通面积表达式和基于旁通流量比与涡轮焓降比的等效增压器效率的表达式.等效涡轮流通面积表达式可用来分析可调二级增压系统的调节能力,并根据期望的调节能力匹配合适的高低压级涡轮增压器组合.等效增压器...     

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.     

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。     

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.     

船用两级增压柴油机性能仿真研究

在一台船用柴油机上进行了两级增压性能仿真研究,分析了进排气旁通和高压级涡轮旁通对船用两级增压柴油机性能的影响。以原机单级增压柴油机计算数据为对比基准,计算研究了不同工况下船用两级增压柴油机的性能和排放特性,研究结果表明:与原机相比,两级增压柴油机燃油消耗率比原机平均降低了10.25(g·(k W·h)-1),涡前排温平均降低69.31℃,NOx加权排放降低了0.73(g·(k W·h)-1),柴油机经济性、热负荷以及NOx排放特性得到显著改善。     

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。     

增压柴油机变海拔增压压力恢复计算研究

基于D6114柴油机仿真模型,计算分析了原机增压器的变海拔性能。针对各海拔高度下增压压力的变化趋势,选择不同的匹配点进行了增压系统匹配调整。结果表明:变海拔条件的增压压力变化趋势在高低转速存在差异;通过增压系统匹配调整可以在部分工况实现增压压力恢复;高海拔高转速工况涡轮增压器会发生超速现象;高海拔低转速工况下增压压力得到提高,但未能达到完全恢复的目标。     

二级可调增压共轨柴油机的高海拔燃烧特性

通过高海拔模拟试验研究了VGT二级可调增压柴油机不同海拔的燃烧特性.结果表明,随着海拔的升高,二级可调增压柴油机的滞燃期延长,速燃期放热率增大,但缓燃期放热率和累计放热量均减小,放热率重心向上止点偏移,缸内平均指示压力下降.与单级涡轮增压柴油机相比,二级可调增压柴油机在高海拔的燃烧状态明显改善;海拔5,500,m时,二级可调增压柴油机平均指示压力提高9.1%,,速燃期放热率峰值降低12.9%,,缓燃期放热率峰值增加2.3%,,累计放热量增大11.1%,,滞燃期缩短11.3%,;标定功率提高11.8%,,燃油消耗率降低4.8%,.