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4 km海拔条件下,分析了叶...     

变海拔柴油机气系统自适应控制技术研究

正背景介绍海拔升高,环境压力下降,是造成柴油机性能、燃烧与排放恶化的主要原因。针对变海拔柴油机气系统控制问题,提出了多路径增压系统控制方法,开展了柴油机变海拔性能变化规律、两级可调增压系统匹配、变海拔气系统自适应控制方法研究,实现了柴油机变海拔性能恢复。关键技术/系统参数建立多模式增压控制系统,可控模式增压系统如图1所示。     

变海拔柴油机增压系统涡轮面积优化调节

基于某增压柴油机,建立变海拔一维性能仿真模型,分析不同增压系统的海拔适应能力,探讨增压系统调节量的影响因素,建立多因素耦合对变海拔气系统调节需求分析模型。研究表明:自然吸气柴油机通过燃烧调节能够适应约2 500 m的海拔高度,固定截面增压系统通过增压系统的自调节可以实现3 700 m海拔的运行需求;采用可调增压系统后,柴油机的海拔适应能力进一步增强,燃烧裕度从0. 1增加到0. 4时,调节量需求从82%减低至28%,柴油机功率密度增加,燃烧裕度越小,气系统调节量需求的增加值越大。     

柴油机采用二级增压性能的试验研究

针对某直列六缸增压中冷柴油机,在标准试验条件下通过台架试验进行了一级增压和二级增压对柴油机性能影响研究,分析了二级增压对柴油机各性能指标影响。同时,在原机基础上进行了性能改善的研究。研究结果表明:二级增压可提高柴油机有效热效率,减小柴油机的燃油消耗率,降低碳烟排放,进一步提高柴油机动力性能。通过适当调整供油提前角,在对其他性能指标影响较小的前提下,降低缸内最高燃烧压力。     

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%。     

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。     

车用增压柴油机中冷器模型及其性能预测

本文提出了一个适用于车用增压中冷柴油机的“空－空”（Ａｉｒ—ｔｏ—Ａｉｒ）中冷器换热模型，编制了计算程序并将其嵌入增压柴油机循环计算程序中对一车用增压中冷柴油机进行性能预测。预测数据与试验结果的对比表明，预测结果有较好的有效性。文中还讨论了经中冷后柴油机性能的变化。     

车用柴油机气—气中冷器数学模型及应用

本文针对车用柴油机普遍采用的“管带式”结构中冷器，利用计算与试验相结合的方法总结出了中冷器冷却效率和阻力系数与柴油机工作参数相关联的中冷器数学模型，数学模型反映的关系与试验结果取得了良好的吻合，应用该模型于增压中冷柴油机工作过程模拟计算也获得了较好的效果。     

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。     

农用柴油机平均值模型

在他人研究的基础上提出了农用柴油机平均值模型的建模理论与方法,并利用MATLAB/Simulink软件,以潍柴WP6. 240增压中冷柴油机为原型机,建立了农用涡轮增压柴油机的平均值模型,并且通过发动机台架试验对所建立的平均值模型进行了验证。验证结果表明,模型计算结果与发动机试验结果有很好的一致性,所提出的柴油机平均值模型建模方法可以准确地用于农用柴油机模拟计算。     

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。     

带有放气阀的二级增压系统的设计与试验

二级增压系统在重型柴油机和高性能轿车柴油机上均有良好的应用前景.为获得结构更为紧凑的二级增压系统,提出了将调节阀集成在高压级涡轮壳内部的二级增压系统结构方案,进行了增压系统与柴油机的匹配计算、两个涡轮壳的设计计算、调节阀计算以及流动分析,并对所设计的二级增压系统进行了试验研究.调节阀流通性能试验结果表明:高压级涡轮膨胀比在1.2到2的变化范围时,调节阀的流量调节范围达30%以上.紧凑型二级增压系统的联合运行性能试验结果表明:系统可以有效工作,且运行在高效率区.     

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...     

车用柴油机涡轮增压匹配系统软件开发

根据涡轮增压柴油机的平均参数模型,建立了车用柴油机增压选型与匹配系统,可以完成对增压方案的选取、增压参数的计算以及增压器型号的选取等工作;以Visual C++为开发平台,进行了系统软件的开发;以D6114柴油机为例进行了匹配计算,并与相应的试验结果进行对比,两者吻合良好,进一步验证计算模型、程序的正确性。     

二级增压重型柴油机排放和燃烧特性的试验研究

在一台电控高压共轨柴油机上进行二级增压优化匹配,并以单级增压作为对比基准,分析了不同工况下二级增压柴油机的性能、排放与燃烧特性,研究了进气温度对其的影响。试验结果表明:相对单级增压,柴油机二级增压后低速外特性扭矩达到1 170N.m,烟度与燃油经济性改善幅度分别为99.3%和13.4%;二级增压能够提高EGR的引入能力,减小进气节流损失,并可显著改善中低转速、高负荷时NOx与烟度和燃油消耗率之间的平衡关系;在压气机特性图中二级增压柴油机的运行线远离喘振边界线;在各个工况下,进气温度升高使NOx比排放快速增加,导致柴油机NOx与烟度之间的平衡关系变差。     

低速机扫排空系统结构分析

某船用低速柴油机采用两级增压方式,导致扫排空系统气体压力大幅增加。为了确保扫排空系统结构的安全性,采用有限元方法仿真计算该扫排空系统的应力应变、模态及谐响应,并结合规范限制值和成熟机型的经验参数,对计算结果进行评价分析。结果表明:该低速机扫排空系统结构能够满足刚度及受迫振动要求。     

ABB增压系统应对未来发展措施

介绍了ABB公司针对大功率发动机的发展需求,不断发展其增压器技术的情况,具体体现在以下几方面:在单级高压比A100-L系列增压器基础上,进一步扩大容积流量以满足更大功率的覆盖范围;用于低速机的新一代A200-L系列增压器,通过高压比调节方式可替代可变几何涡轮优化部分负荷;ABB两级增压系统的配置及两级增压系统在柴油机和气体机应用的典型案例;分析了两级增压系统潜能,两级增压系统结合可变气门正时技术,可显著降低NOx排放和燃油效率,提高发动机瞬态特性。     

12V150车用柴油机排气系统研究

介绍了大功率车用柴油机 MPC增压系统的设计思想 ,通过可调式排气管对 1 2 V1 50车用柴油机 MPC增压系统的结构参数进行了优化试验。在此基础上重新设计了 MPC系排气系统 ,试验结果表明该系统改善了发动机低速性能。最后 ,分析了试验中存在的问题并提出改善措施。     

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。