柴油機(jī)增壓系統(tǒng)變海拔匹配方法與切換邊界研究.pdf

1、增壓柴油機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能以渦輪做功能力能夠滿足壓氣機(jī)耗功需求為基礎(chǔ)，而柴油機(jī)的工況變化和變海拔運(yùn)行將壓氣機(jī)耗功需求和渦輪做功能力矛盾問題復(fù)雜化，造成高海拔下功率下降、燃油消耗率增加等問題。為提高柴油機(jī)的變海拔適應(yīng)性，基于功率恢復(fù)目標(biāo)的高原增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)是解決上述問題的有效技術(shù)手段，但同時(shí)也帶來了新的挑戰(zhàn)：一是傳統(tǒng)匹配方法在確定高原增壓系統(tǒng)方案時(shí)存在匹配難度過大、匹配精度難以保證等問題；二是現(xiàn)有切換邊界確定方法在解決變海拔運(yùn)行問題時(shí)存在針對(duì)特定

2、區(qū)域失效、仿真計(jì)算或試驗(yàn)標(biāo)定工作量太大等局限性。本文通過建立基于增壓壓力恢復(fù)和兼顧系統(tǒng)總效率的變海拔匹配方法，以功率恢復(fù)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，解決高原增壓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)匹配問題，并通過建立增壓系統(tǒng)變海拔切換邊界計(jì)算模型簡化切換邊界的確定過程。
　　以渦輪通流特性模型為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了可調(diào)兩級(jí)增壓系統(tǒng)的渦輪等效面積模型和等熵效率公式，以增壓壓力恢復(fù)為目標(biāo)建立了變海拔等效面積關(guān)系式，結(jié)合系統(tǒng)總效率的變海拔預(yù)測計(jì)算，提出了基于增壓壓力恢復(fù)和兼顧系統(tǒng)總效

3、率的變海拔匹配方法。采用該匹配方法針對(duì)不同類型柴油機(jī)進(jìn)行了匹配方案研究，并通過仿真計(jì)算和變海拔性能模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了匹配方案的合理性和可行性。
　　通過理論分析和公式推導(dǎo)求解建立了高原增壓系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法，確定了能夠?qū)崿F(xiàn)變海拔功率恢復(fù)的進(jìn)氣需求特性、增壓系統(tǒng)總效率最高時(shí)所對(duì)應(yīng)的最佳壓比分配表達(dá)式、基于增壓系統(tǒng)高原適應(yīng)性的匹配點(diǎn)選擇原則，結(jié)果表明：變海拔工況的總壓比水平不僅取決于柴油機(jī)性能參數(shù)，還與海拔高度、功率恢復(fù)目標(biāo)以及平

4、原工況機(jī)械效率相關(guān)；理想情況下的最佳壓比分配只與高低壓級(jí)渦輪增壓器效率相關(guān)，而考慮進(jìn)排氣入口條件的最佳壓比分配選擇要使高壓級(jí)進(jìn)氣耗功趨近于低壓級(jí)，保證總進(jìn)氣壓縮功最?。辉鰤合到y(tǒng)所能適應(yīng)的海拔范圍依賴于匹配點(diǎn)選擇和渦輪旁通閥的旁通流量比，而增壓系統(tǒng)的匹配點(diǎn)選擇一般應(yīng)在最大扭矩點(diǎn)而非最高轉(zhuǎn)速。
　　針對(duì)變海拔切換邊界的確定問題，根據(jù)渦輪等效面積與柴油機(jī)運(yùn)行工況的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與相同轉(zhuǎn)速下渦前溫度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩的函數(shù)關(guān)系式相結(jié)合，建立了增壓系

5、統(tǒng)變海拔切換邊界計(jì)算模型。針對(duì)單渦輪增壓器系統(tǒng)和可調(diào)兩級(jí)增壓系統(tǒng)的匹配方案，分別計(jì)算了廢氣放氣閥和渦輪旁通閥的變海拔切換邊界，通過仿真軟件計(jì)算和平原性能試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證分析，結(jié)果表明：切換邊界轉(zhuǎn)矩值的變海拔仿真結(jié)果、平原試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算模型結(jié)果的相對(duì)誤差都在5%以內(nèi)，計(jì)算模型具有足夠的精度。
　　針對(duì)某高原型柴油機(jī)進(jìn)行了可調(diào)兩級(jí)增壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，搭建了柴油機(jī)變海拔性能模擬試驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)匹配方案、柴油機(jī)變海拔性能和變海拔切換邊界進(jìn)行了試驗(yàn)