船用柴油机相继增压系统性能研究

柴油机高增压会带来严重的部分工况问题,主要有部分工况热负荷较高和容易造成压气机的喘振．柴油机相继增压有效地解决了高增压柴油机低工况问题：改善了低工况燃油经济性,降低了热负荷、减少了喘振可能性等．     

柴油机相继增压系统设计及性能模拟

随着增压压力的提高，高增压柴油机低负荷问题日益突出。作为有效的解决方案之一本文对相继增压系统进行了模拟研究，同时对该系统设计上的一些问题进行了讨论。     

柴油机相继增压系统的理论与试验研究

在一台6缸中速船用柴油机上进行了相继增压系统的研究。试验结果表明,配有两台不同尺寸增压器的相继增压系统能显著改善柴油机的低转速性能。本研究设计加工的两个相继增压切换阀由微机根据运行工况自动控制,运作良好。一个经改善的“特征线法”程序被用以模拟计算所研究的相继增压排气管系,所得计算结果与实测相当吻合。     

柴油机相继增压系统仿真研究

随着增压压力的提高,柴油机低工况运行时的性能越来越差,相继增压系统用于改善高增压柴油机低工况性能.在Matlab/Simulink仿真软件环境中,应用计算机仿真方法,建立了相继增压柴油机的"准稳态"数学模型,主要对相继增压系统的动态切换过程进行了模拟,通过仿真计算分析了相继增压系统动态切换过程的影响因素及其对柴油机的影响.     

新型相继增压系统对船用柴油机性能影响的研究

将传统定涡轮相继增压系统的主增压器替换为可变截面涡轮增压器（Variable geometry turbocharger,VGT）,完成VGT相继增压（VGT-Sequential Turbo Charging,STC-VGT）系统改造及其开度控制装置设计。通过试验,研究0%、10%、25%、40%、55%、70%、85%和100%八个不同开度对STC-VGT增压柴油机分别以1/2TC运行的性能影响。结果表明：STC-VGT系统1TC运行时,相比原机,动力性改善明显,NOx排放量升高,Soot排放量降低,同时,随着负荷的增加,燃油消耗率均呈现先降低后升高的趋势;以2TC运行,当VGT开度大于70%时,动力性整体相比原机有所下降,最大降幅约为1.16MPa,NOx排放量降低,Soot排放上升,燃油消耗率整体高于原机。之后,建立多目标灰色决策模型,通过主客观赋权的方法计算得出1/2TC各研究负荷所对应的最佳VGT开度,并根据燃油经济性最优原则确定STC-VGT系统1/2TC切换点为50%Pe0、切换开度为0%。最后,对STC-VGT系统性能进行评估,其结果表明：该系统以各负荷最佳VGT开度运行时,燃油经济性整体优于原机,且10%Pe0≤Pe<80%Pe0时,也优于传统定涡轮相继增压;同时Soot排放性能整体优于原机和传统定涡轮相继增压,但NOx排放与之相反。因此,柴油机采用STC-VGT系统动力性、经济性和Soot排放性均得到有效提升,但NOx排放性能有所下降。     

相继增压技术的应用研究

根据某型柴油机的结构特点、总体布置和计算结果,在现有该型柴油机结构上进行增压系统的改进设计,采用相继增压技术,改善了常规并联增压系统在柴油机低工况运行时出现的燃烧恶化、油耗升高,功率下降的现象,低工况性能得到了提高,降低了燃油耗率、排温及烟度,功率范围有较大扩展,使得低工况限制特性曲线更加丰满,额定工况时单缸功率达到140kW,油耗值198．2g／k矾,达到了优化全工况性能的目的．满足了该型柴油机低速时的扭矩特性要求。     

相继增压柴油机燃气阀性能试验研究

针对某型相继增压柴油设计了一种新型的燃气阀。新型燃气阀采用了挡板蝶阀,密封材料采用石墨材料。在柴油机上新型燃气阀与原用燃气阀进行了性能对比试验,测量和对比了相继增压柴油机在不同负荷,不同增压器数下的油耗、涡轮前温度以及增压器的工作状态的一致性。结果表明,采用所设计的燃气阀后油耗最高降低了2 410mg/(kW·h),涡轮前温度降低10K以上,同时基本增压器和受控增压器的工作状态一致性得到了大幅度的改善,最大的转速差仅为600r/min。验证了新型燃气阀对柴油机性能有明显的改善。     

船用柴油机相继增压系统电磁阀三维流动数值模拟

通过对船用柴油机相继增压电磁阀流道的数值仿真计算,得到电磁阀进、出口压力差对其流量的影响,以及可压缩气体在流道内的压力分布。使用Pro/E软件建立电磁阀的三维实体模型,以ASCII形式导出,同时导入到GAMBIT,建立电磁阀流道的三维计算模型;利用FLUENT软件进行可压缩气体在流道内的流场模拟,对模拟结果进行分析。通过对电磁阀流动特性的数值模拟研究可为改善蝶阀气动控制系统的启闭特性提供理论依据。     

船用柴油机相继增压系统电磁阀三维流动数值模拟

通过对船用柴油机相继增压电磁阀流道的数值仿真计算,得到电磁阀进、出口压力差对其流量的影响,以及可压缩气体在流道内的压力分布。使用Pro/E软件建立电磁阀的三维实体模型,以ASCII形式导出,同时导入到GAMBIT,建立电磁阀流道的三维计算模型;利用FLUENT软件进行可压缩气体在流道内的流场模拟,对模拟结果进行分析。通过对电磁阀流动特性的数值模拟研究可为改善蝶阀气动控制系统的启闭特性提供理论依据。     

柴油机低负荷性能的研究

本文介绍柴油机在低负荷运转时的工作特点和带来的问题（柴油机低负荷工作时性能不稳、工作不可靠、经济性恶化）及国内外为改善低负荷性能所采取的措施和效果。还介绍了为改善１９０系列柴油机低负荷性能所进行的研究工作和所取得的成果。     

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。     

柴油机大小涡轮相继增压系统瞬态切换策略

针对大小涡轮相继增压系统的两条切换转速线进行了外特性工况的瞬态切换试验,试验结果显示控制阀门同时开闭会出现压气机喘振和发动机进气波动大等问题,通过分析切换过程中相关性能参数的变化情况,总结出了外特性工况瞬态切换过程中阀门的最佳开闭规律:由小增压器(TC)切换至大TC时,以阀门2的开启时刻为基准,阀门1滞后1.1s开启,阀门3滞后1.3s关闭;由大TC切换至小TC时,以阀门4开启时刻为基准,阀门3滞后0.9s开启,阀门1滞后1s关闭;由大TC切换至大小2TC时,阀门3比阀门4滞后0.3s开启;而由2TC切换至大TC时,阀门3比阀门4滞后0.3s关闭。最后,通过进一步试验确定了不同负荷下的阀门切换规律。     

大小涡轮三阶段相继增压系统性能试验研究

对某型柴油机采用两台不同尺寸涡轮增压器的三阶段相继增压系统的性能进行了试验研究。对柴油机只采用小增压器、只采用大增压器和同时采用大小2台增压器并联3种不同增压方式进行了全工况试验,并通过对试验结果的比较和分析提出了大小涡轮三阶段相继增压系统方案,确定了以燃油经济性最优为原则的切换边界。之后,对大小涡轮三阶段相继增压方案进行了试验,试验结果表明其性能比原机有较大的改善,尤其是在低速大负荷工况,燃油消耗率最高降低约7.1%,碳烟排放最高降低达70.2%,涡前排温最高降低近12.6%。     

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.     

MMPC涡轮增压系统在柴油机上的应用

主要介绍了一种新近发明的MMPC涡轮增压系统及其性能模拟计算研究,和在8L250Z柴油机上的试验结果,说明MMPC涡轮增压系统能抗扫气干扰、增大扫气系数及降低油耗率。这是一种结构最简单、高性能的涡轮增压系统。     

可变几何排气管增压系统在船用发动机上的模拟试验研究

可变几何排气管增压系统通过安装在排气管上的可控阀门来实现增压方式的转换,它能够较好的实现船用发动机高低转速工况的兼顾.笔者对自己提出的一种新型的适用于船用8缸机的可变几何排气管增压系统进行了模拟试验,并与原机MIXPC增压系统进行了对比分析.结果表明:新设计的可变几何排气管增压系统阀门开关的切换点负荷为85%;各个负荷的涡前排温比原机都有明显下降;在负荷25%阀门关闭时燃油消耗率比原机下降18,g/(kW.h),在负荷100%阀门打开时燃油消耗率和原机水平相当.     

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。     

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。