柴油機(jī)大小渦輪三階段相繼增壓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)性能研究.pdf

1、隨著高功率密度、寬轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍柴油機(jī)的不斷發(fā)展,增壓系統(tǒng)與柴油機(jī)匹配的要求也越來越高。相繼渦輪增壓系統(tǒng)是一種提高柴油機(jī)低速工況燃油經(jīng)濟(jì)性和瞬態(tài)響應(yīng)性、降低碳煙排放的有效措施。當(dāng)前相繼增壓系統(tǒng)一般是采用2臺(tái)相同渦輪增壓器或大小不同渦輪增壓器的2階段相繼增壓,當(dāng)柴油機(jī)采用2階段相繼增壓時(shí),還需要采用進(jìn)排氣旁通、廢氣放氣或旁通補(bǔ)燃等措施才能兼顧全工況性能。相繼渦輪增壓的階段數(shù)越多,越能使增壓系統(tǒng)的特性接近柴油機(jī)的需求,但是,目前存在的3階段相

2、繼渦輪系統(tǒng)都要采用至少3臺(tái)渦輪增壓器,結(jié)構(gòu)體積大且成本高。為此,本文針對(duì)一種新型的采用2臺(tái)不同尺寸渦輪增壓器并聯(lián)的3階段相繼增壓系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)通過在柴油機(jī)低速工況只采用小渦輪增壓器、中速工況只采用大渦輪增壓器以及高速工況采用大小2臺(tái)增壓器并聯(lián)運(yùn)行的方式來實(shí)現(xiàn)相繼增壓系統(tǒng)的3階段可調(diào),較好的解決了增壓系統(tǒng)與柴油機(jī)的匹配矛盾。本文詳細(xì)研究了大小渦輪3階段相繼增壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件及測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),掌握了其穩(wěn)態(tài)匹配規(guī)律和瞬態(tài)切換控制策

3、略,并探討了其瞬態(tài)加速加載性能的問題。
　　 以D6114柴油機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行了進(jìn)排氣切換閥門系統(tǒng)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和控制采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研制,完成了柴油機(jī)大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)的試驗(yàn)樣機(jī)的開發(fā)。研制的高溫排氣切換閥門耐溫高達(dá)750℃,切換閥門的全開至全閉時(shí)間小于0.1s,內(nèi)外部泄漏等級(jí)均能達(dá)到相繼增壓系統(tǒng)的要求。
　　 在試驗(yàn)樣機(jī)上,進(jìn)行了不同增壓器匹配的車用特性和推進(jìn)特性的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)研究,根據(jù)燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則確定了各特性下

4、的大小渦輪3階段相繼增壓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)匹配規(guī)律。與原機(jī)普通增壓系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明,柴油機(jī)采用該相繼增壓系統(tǒng)后性能有了較大改善,尤其是在低速高負(fù)荷工況時(shí),燃油消耗率下降達(dá)7.1％,碳煙降幅近70.2％,渦前排氣溫度降低12.6％。
　　 在大小渦輪3階段相繼增壓系統(tǒng)瞬態(tài)切換試驗(yàn)中,通過控制進(jìn)排氣切換閥門的開閉順序及延遲時(shí)間,改善切換過程的平穩(wěn)性,從而得到該系統(tǒng)的瞬態(tài)切換控制策略。不同切換轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)結(jié)果表明,在同一類型的切換過程中(

5、由小增壓器切換至大增壓器或由大增壓器切換至小增壓器),切換轉(zhuǎn)速越高,切換時(shí)進(jìn)氣壓力瞬時(shí)下降幅度越小而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降幅度越大,但是恢復(fù)到目標(biāo)值的時(shí)間越短。而且,在同一切換轉(zhuǎn)速下,由大TC切換至小TC的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力及轉(zhuǎn)速下降幅度和恢復(fù)到穩(wěn)定值的時(shí)間都比由小TC切換至大TC時(shí)少。
　　 大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)上、下行切換試驗(yàn)結(jié)果表明,閥門切換過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍隨著負(fù)荷的升高而增大。在切換前后發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷恒定的情況下,對(duì)切換前后發(fā)動(dòng)

6、機(jī)轉(zhuǎn)速相同和切換前后噴油量相同等兩種控制模式下的切換過程進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果表明,前者的上、下行切換線之間的轉(zhuǎn)速差高于后者。
　　 對(duì)柴油機(jī)采用大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)的瞬態(tài)加速加載過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究,確定了該系統(tǒng)的加速優(yōu)化切換方案。試驗(yàn)結(jié)果表明,在恒轉(zhuǎn)速加轉(zhuǎn)矩過程中,相同的加載時(shí)間下采用大小渦輪相繼增壓時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的pme上升速度快于原機(jī),但恒定轉(zhuǎn)速越高,二者的差別也越小。恒轉(zhuǎn)矩加轉(zhuǎn)速過程中,相同加速調(diào)節(jié)時(shí)間下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)間隨著