VNT可变涡轮增压器与柴油机的匹配研究

根据一款WG增压柴油机原机的基本结构参数和试验数据,匹配一款VNT废气涡轮增压器,建立VNT增压柴油机的GT-Power一维计算模型,并对柴油机外特性工况和ESC工况进行仿真计算研究。分别以动力性和经济性参数为分析指标,对外特性工况和ESC工况的VNT开度进行优化选择。研究表明,开度优化选择后的VNT柴油机与柴油机原机相比,外特性转矩均有较大幅度提高,最大转矩工况的运行范围拓宽,且VNT增压器的转速在整个转速范围内提高,联合运行曲线的高效率范围扩展;ESC工况加权比油耗值下降幅度约为3.8%,且空燃比增大,VNT柴油机经济性获得提升。可以得出结论,VNT可变涡轮增压器与柴油机匹配良好。     

VNT对柴油机NOx排放特性优化的研究

为了研究可变喷嘴涡轮(VNT)技术对降低柴油机NO_x排放的作用,首先对带排气旁通阀涡轮增压器(WG)和文丘里管高压废气再循环(vEGR)的WG-vEGR涡轮增压柴油机原机,运用GT-Power软件和AVL FIRE软件进行VNT的匹配,对柴油机综合性能进行了仿真计算,确定欧洲稳态测试循环(ESC)工况最优VNT开度规律,组成VNT-vEGR柴油机。随后对WG-vEGR柴油机和VNT-vEGR柴油机进行了ESC工况台架试验研究。研究结果表明:VNT能够提高柴油机的废气再循环(EGR)率,VNT-vEGR柴油机的ESC工况加权NO_x排放值为3.53g/(kW·h),与WG-vEGR柴油机原机的4.92g/(kW·h)相比,下降约28.25%;ESC工况加权比油耗为232.1g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的235.5g/(kW·h),降低约1.44%;ESC工况加权碳烟排放值为0.055g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的0.058g/(kW·h),降低约5.17%。且从加权比油耗和碳烟排放值的变化情况可以看出,该系统具有采用更大EGR率以获得NO_x排放进一步优化的潜力。     

基于流固耦合的增压器涡轮叶片结构强度分析

采用ANSYSWorkbench软件建立涡轮流固耦合仿真计算平台。首先,运用CFX软件对涡轮流体域进行流体动力学计算。随后,将流固交接面的温度、压力分布场加载到涡轮固体域表面,并进行稳态热计算。最后,运用ANSYS软件有限元分析模块对涡轮考虑气动温度载荷、压力载荷和离心力载荷的进行综合结构强度计算研究。结果表明,所分析的涡轮叶片根部的中间部分及近出口处存在应力集中现象,与用户反馈的该款增压器使用中涡轮叶片断裂部位较为吻合。     

基于多目标优化的柴油机VNT–vEGR系统开发研究

为了在兼顾柴油机经济性和颗粒物排放的前提下,进一步降低氮氧化物(Nitrogen oxides,NO_x)排放以实现良好的柴油机综合性能,设计带文丘里管废气再循环系统的可变涡轮增压系统(Variable nozzle turbo+Venturi-exhaust gas recirculation,VNT+vEGR)。针对排气旁通阀涡轮增压(Wastegate,WG)柴油机原机,进行文丘里管废气再循环系统(Venturi-exhaust gas recirculation,v EGR)的设计和与可变涡轮增压器(Variable nozzle turbo,VNT)的匹配研究,并进行经济性、氮氧化物和颗粒物排放仿真计算研究。应用试验设计方法技术(Design of experiment,DoE)对VNT-vEGR系统进行多目标优化研究。研究结果表明,相比于配备排气旁通阀涡轮增压器的柴油机原机,对VNT-v EGR系统柴油机应用Do E进行多目标优化匹配后,欧洲稳态测试循环(European steady-state cycle,ESC)工况加权油耗值基本保持不变,氮氧化物加权排放量下降约49.5%,能够实现良好的综合性能。