柴油機(jī)可調(diào)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)研究.pdf

1、提高柴油機(jī)的增壓壓力以實(shí)現(xiàn)高平均有效壓力是降低燃油消耗率及CO2溫室氣體排放的一個(gè)有效手段。另一方面，面對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的有害物排放法規(guī)，較高的增壓壓力也為廢氣再循環(huán)、米勒循環(huán)和均質(zhì)燃燒等技術(shù)措施提供了足夠新鮮充量的保障。因此，柴油機(jī)的增壓壓力有必要進(jìn)一步的提高，寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍的柴油機(jī)與高增壓系統(tǒng)的優(yōu)化匹配成為亟須解決的問題?？烧{(diào)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)集合了二級(jí)增壓和可調(diào)增壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠兼顧高壓比和寬流量范圍，是極具潛力的一種的渦輪增壓技術(shù)，

2、為此本文對(duì)其開展了相關(guān)研究。
　　首先應(yīng)用等效增壓器的概念對(duì)柴油機(jī)可調(diào)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)進(jìn)行了理論研究，建立了可調(diào)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)的等效增壓器模型，得到了基于旁通流量比的等效渦輪流通面積表達(dá)式和基于旁通流量比與渦輪焓降比的等效增壓器效率的表達(dá)式。等效增壓器效率表達(dá)式從經(jīng)濟(jì)性角度指明了排氣能量分配與效率的相適應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)增壓系統(tǒng)效率的最大化。調(diào)節(jié)等效渦輪流通面積可以使增壓系統(tǒng)適應(yīng)更寬的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍，基于調(diào)節(jié)能力的要求提出并研究了可調(diào)二

3、級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)的匹配方法，揭示了可調(diào)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)總壓比、壓比分配、低高壓級(jí)渦輪流通面積比以及系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力等關(guān)鍵參數(shù)間的相互關(guān)系。
　　設(shè)計(jì)了渦輪旁通閥和壓氣機(jī)旁通閥等關(guān)鍵部件，建立了可調(diào)二級(jí)渦輪增壓柴油機(jī)以及試驗(yàn)臺(tái)架。進(jìn)行了匹配方法的驗(yàn)證性試驗(yàn)，證明了基于調(diào)節(jié)能力的匹配方法的適用性。對(duì)可調(diào)二級(jí)渦輪增壓柴油機(jī)進(jìn)行了全工況穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，分析了高壓級(jí)壓氣機(jī)旁通閥的開啟時(shí)刻特性，以及高壓級(jí)渦輪旁通閥對(duì)增壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗性能和

4、煙度排放的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了濟(jì)性和動(dòng)力性兩種調(diào)節(jié)規(guī)律。結(jié)合進(jìn)一步的瞬態(tài)試驗(yàn)對(duì)兩種調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià):穩(wěn)態(tài)性能方面，經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)于動(dòng)力性調(diào)節(jié)規(guī)律;瞬態(tài)特性方面，直接開環(huán)應(yīng)用調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)，在模擬起步過程的加速加載加載工況和中低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(900 r/min和1100r/min)的定轉(zhuǎn)速加載工況時(shí)，動(dòng)力性調(diào)節(jié)規(guī)律會(huì)取得較快的響應(yīng)和較低的瞬態(tài)煙度排放，而在中高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的1400r/min轉(zhuǎn)速線上的加載工況試驗(yàn)則表明，由于存在高

5、壓級(jí)增壓器的旁通過程使得動(dòng)力性調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)勢(shì)不再明顯。
　　對(duì)增壓壓力閉環(huán)控制策略進(jìn)行了計(jì)算研究。應(yīng)用仿真模型對(duì)渦輪旁通閥開度命令到增壓壓力的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)，基于區(qū)域線性化的方法，設(shè)計(jì)了參數(shù)可變PI反饋控制器結(jié)合前饋模塊的控制系統(tǒng)。對(duì)1400r/min的加載工況進(jìn)行計(jì)算分析表明，動(dòng)力性型調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合PI反饋控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了最快的響應(yīng)過程，而且即使是經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合PI反饋控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)也比直接應(yīng)用動(dòng)力性調(diào)