柴油機增壓系統(tǒng)變海拔匹配方法與切換邊界研究.pdf

1、增壓柴油機的穩(wěn)態(tài)性能以渦輪做功能力能夠滿足壓氣機耗功需求為基礎(chǔ)，而柴油機的工況變化和變海拔運行將壓氣機耗功需求和渦輪做功能力矛盾問題復雜化，造成高海拔下功率下降、燃油消耗率增加等問題。為提高柴油機的變海拔適應性，基于功率恢復目標的高原增壓系統(tǒng)設(shè)計是解決上述問題的有效技術(shù)手段，但同時也帶來了新的挑戰(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行問題時存在針對特定

2、區(qū)域失效、仿真計算或試驗標定工作量太大等局限性。本文通過建立基于增壓壓力恢復和兼顧系統(tǒng)總效率的變海拔匹配方法，以功率恢復目標為出發(fā)點，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)，推導了可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)的渦輪等效面積模型和等熵效率公式，以增壓壓力恢復為目標建立了變海拔等效面積關(guān)系式，結(jié)合系統(tǒng)總效率的變海拔預測計算，提出了基于增壓壓力恢復和兼顧系統(tǒng)總效

3、率的變海拔匹配方法。采用該匹配方法針對不同類型柴油機進行了匹配方案研究，并通過仿真計算和變海拔性能模擬試驗驗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求解建立了高原增壓系統(tǒng)最佳設(shè)計參數(shù)的確定方法，確定了能夠?qū)崿F(xiàn)變海拔功率恢復的進氣需求特性、增壓系統(tǒng)總效率最高時所對應的最佳壓比分配表達式、基于增壓系統(tǒng)高原適應性的匹配點選擇原則，結(jié)果表明：變海拔工況的總壓比水平不僅取決于柴油機性能參數(shù)，還與海拔高度、功率恢復目標以及平

4、原工況機械效率相關(guān)；理想情況下的最佳壓比分配只與高低壓級渦輪增壓器效率相關(guān)，而考慮進排氣入口條件的最佳壓比分配選擇要使高壓級進氣耗功趨近于低壓級，保證總進氣壓縮功最?。辉鰤合到y(tǒng)所能適應的海拔范圍依賴于匹配點選擇和渦輪旁通閥的旁通流量比，而增壓系統(tǒng)的匹配點選擇一般應在最大扭矩點而非最高轉(zhuǎn)速。
　　針對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運行工況的對應關(guān)系，與相同轉(zhuǎn)速下渦前溫度和柴油機轉(zhuǎn)矩的函數(shù)關(guān)系式相結(jié)合，建立了增壓系

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