柴油機可調二級渦輪增壓系統(tǒng)研究.pdf

1、提高柴油機的增壓壓力以實現(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有效手段。另一方面，面對越來越嚴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)和均質燃燒等技術措施提供了足夠新鮮充量的保障。因此，柴油機的增壓壓力有必要進一步的提高，寬轉速運行范圍的柴油機與高增壓系統(tǒng)的優(yōu)化匹配成為亟須解決的問題?？烧{二級渦輪增壓系統(tǒng)集合了二級增壓和可調增壓技術的優(yōu)點，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，

2、為此本文對其開展了相關研究。
　　首先應用等效增壓器的概念對柴油機可調二級渦輪增壓系統(tǒng)進行了理論研究，建立了可調二級渦輪增壓系統(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式。等效增壓器效率表達式從經(jīng)濟性角度指明了排氣能量分配與效率的相適應可以實現(xiàn)增壓系統(tǒng)效率的最大化。調節(jié)等效渦輪流通面積可以使增壓系統(tǒng)適應更寬的發(fā)動機轉速范圍，基于調節(jié)能力的要求提出并研究了可調二

3、級渦輪增壓系統(tǒng)的匹配方法，揭示了可調二級渦輪增壓系統(tǒng)總壓比、壓比分配、低高壓級渦輪流通面積比以及系統(tǒng)調節(jié)能力等關鍵參數(shù)間的相互關系。
　　設計了渦輪旁通閥和壓氣機旁通閥等關鍵部件，建立了可調二級渦輪增壓柴油機以及試驗臺架。進行了匹配方法的驗證性試驗，證明了基于調節(jié)能力的匹配方法的適用性。對可調二級渦輪增壓柴油機進行了全工況穩(wěn)態(tài)試驗，分析了高壓級壓氣機旁通閥的開啟時刻特性，以及高壓級渦輪旁通閥對增壓系統(tǒng)的調節(jié)特性和對發(fā)動機油耗性能和

4、煙度排放的影響規(guī)律。在此基礎上，提出了濟性和動力性兩種調節(jié)規(guī)律。結合進一步的瞬態(tài)試驗對兩種調節(jié)規(guī)律進行了綜合評價:穩(wěn)態(tài)性能方面，經(jīng)濟性調節(jié)規(guī)律優(yōu)于動力性調節(jié)規(guī)律;瞬態(tài)特性方面，直接開環(huán)應用調節(jié)規(guī)律時，在模擬起步過程的加速加載加載工況和中低轉速范圍內(nèi)(900 r/min和1100r/min)的定轉速加載工況時，動力性調節(jié)規(guī)律會取得較快的響應和較低的瞬態(tài)煙度排放，而在中高轉速范圍內(nèi)的1400r/min轉速線上的加載工況試驗則表明，由于存在高

5、壓級增壓器的旁通過程使得動力性調節(jié)規(guī)律的優(yōu)勢不再明顯。
　　對增壓壓力閉環(huán)控制策略進行了計算研究。應用仿真模型對渦輪旁通閥開度命令到增壓壓力的動態(tài)過程進行了系統(tǒng)辨識，基于區(qū)域線性化的方法，設計了參數(shù)可變PI反饋控制器結合前饋模塊的控制系統(tǒng)。對1400r/min的加載工況進行計算分析表明，動力性型調節(jié)規(guī)律結合PI反饋控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了最快的響應過程，而且即使是經(jīng)濟性調節(jié)規(guī)律結合PI反饋控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)也比直接應用動力性調