可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的計(jì)算與試驗(yàn)研究.pdf

1、定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)是渦輪增壓系統(tǒng)的兩種先期基本型式。定壓增壓系統(tǒng)在高速工況時(shí)，泵氣損失較小，渦輪效率較高，性能較優(yōu);但是在低速工況時(shí)，不能充分利用排氣脈沖能量。脈沖增壓系統(tǒng)既能避免掃氣干擾，又能較好地利用排氣脈沖能量，低速工況和瞬態(tài)工況性能較優(yōu);但是在高速工況時(shí)，泵氣損失較大?？勺儙缀闻艢夤茉鰤合到y(tǒng)通過排氣管中的可控閥門來實(shí)現(xiàn)增壓方式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低速工況或加速加載工況時(shí)，關(guān)閉可控閥門，增壓方式轉(zhuǎn)換為脈沖增壓;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于

2、高速工況時(shí)，打開可控閥門，增壓方式轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)定壓增壓。可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)同時(shí)具有定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可以較好的改善發(fā)動(dòng)機(jī)高低轉(zhuǎn)速工況的協(xié)調(diào)性，是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的增壓系統(tǒng)，為此本文對(duì)該增壓系統(tǒng)開展了計(jì)算與試驗(yàn)研究。
　　首先以船用Z8170型柴油機(jī)原機(jī)仿真計(jì)算模型為基礎(chǔ)，對(duì)船用五缸機(jī)、六缸機(jī)、七缸機(jī)、八缸機(jī)、九缸機(jī)，分別進(jìn)行了單閥和雙閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的方案計(jì)算研究。通過各種方案計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，找到了

3、各機(jī)型較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，并提出了通用的單閥和雙閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
　　排氣管系三通接頭計(jì)算模型對(duì)可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的排氣管系設(shè)計(jì)具有至關(guān)重要的影響。為了提高三通接頭計(jì)算模型總壓損失系數(shù)的計(jì)算精度，對(duì)增壓系統(tǒng)排氣管系常用的兩個(gè)斜三角“T”型三通接頭進(jìn)行了較高馬赫數(shù)的冷態(tài)吹風(fēng)試驗(yàn)研究。根據(jù)兩個(gè)三通接頭的試驗(yàn)結(jié)果，以及已有的三通接頭總壓損失系數(shù)理論計(jì)算公式，得到了總壓損失系數(shù)的修正計(jì)算公式。修正計(jì)算公式考慮了馬赫數(shù)的影

4、響，提高了三通接頭計(jì)算模型總壓損失系數(shù)的計(jì)算精度。
　　為了研究單閥可變幾何排氣增壓系統(tǒng)的綜合性能，在利用得到的修正計(jì)算公式對(duì)排氣管系三通接頭模型進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上，分別對(duì)車用六缸機(jī)和船用八缸機(jī)各自的一種單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析。針對(duì)車用六缸機(jī)的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，確定了其外特性閥門開關(guān)切換點(diǎn)。結(jié)果表明，在額定工況點(diǎn)閥門打開以后，油耗比原機(jī)降低3％。針對(duì)額定轉(zhuǎn)速分別為1200r/min和1000r/mi

5、n的船用八缸機(jī)單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，確定了它們的推進(jìn)特性閥門開關(guān)切換點(diǎn)。和四脈沖增壓系統(tǒng)、PC增壓系統(tǒng)、MPC增壓系統(tǒng)相比較，新設(shè)計(jì)的船用八缸機(jī)單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)性能較優(yōu)。在推進(jìn)特性的瞬態(tài)工況，可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的閥門關(guān)閉以后，能明顯改善瞬態(tài)性能;其中進(jìn)氣壓力上升到90％穩(wěn)定壓力所需要的時(shí)間比閥門打開時(shí)減少27％，比MIXPC增壓系統(tǒng)減少32％。
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算分析的相關(guān)結(jié)果，對(duì)車用六缸機(jī)和船用八缸機(jī)的單

6、閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)分別進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，得到了這兩種機(jī)型以燃油經(jīng)濟(jì)性為最優(yōu)原則的閥門開關(guān)切換規(guī)律。對(duì)于車用六缸機(jī)的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，在額定工況點(diǎn)，當(dāng)閥門處于打開狀態(tài)時(shí)，油耗降低4.7g/kW.h。在突加油門的瞬態(tài)工況，當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，瞬態(tài)性能較好，其中增壓器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定所需的時(shí)間減少30％，進(jìn)氣壓力上升到90％穩(wěn)定壓力所需要的時(shí)間減少16％，煙度峰值減小15.3％。對(duì)于船用八缸機(jī)的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，它能較好