可变几何涡轮增压器与柴油机匹配技术研究

摘要

柴油机涡轮增压技术在内燃机领域是一项应用比较广泛的技术，采用涡轮增压技术可以提高内燃机的动力性、经济性能，并且对节能减排有着重要作用。但是由于常规固定截面涡轮增压器增压压力不可调、低转速时扭矩不足、燃油经济性差等缺点，人们开始了对可变几何涡轮增压技术的研究和应用。
　　本文以GT2556可变几何涡轮增压器(VGT)和TBD314V8柴油机为研究对象，利用一维仿真软件GT-Power建立了可变几何涡轮增压柴油机仿真模型，并对其进行稳态性能匹配研究。
　　首先对GT2556可变几何涡轮增压器进行稳态性能试验，试验中手动改变可变几何涡轮增压器的喷嘴环开度，测得VGT开度100％、70％、50％、25％、0％（最小截面）下的涡轮流量特性及效率特性，为在GT-Power中建立可变几何涡轮增压器仿真模型提供数据基础。
　　其次，对VGT增压器与柴油机进行性能匹配计算，研究了柴油机VGT开度变化对柴油机增压压力与空气流量的调节规律，分析了VGT开度变化对柴油机经济性、动力性以及增压器总效率的影响。结果表明采用VGT增压系统，提高了柴油机的低速扭矩，降低了油耗。最后以经济性最优原则，绘制出了VGT柴油机最佳喷嘴环开度脉谱图。
　　最后，为了探求VGT增压器采用不同排气系统的优越性，对VGT柴油机原脉冲增压排气系统进行改造，以GT-Power软件为平台，建立了定压排气系统和MPC排气系统仿真模型，按照柴油机标准螺旋桨特性，分别对其进行了稳态仿真计算，对排气系统的主要结构参数进行了优化设计，并分析研究VGT增压器采用不同排气系统对柴油机主要性能参数的影响。结果显示，采用定压增压系统，与脉冲增压系统相比，在柴油机高负荷工况提高了柴油机转矩，降低了油耗;但是在低负荷工况，脉冲增压系统更优于定压增压系统。采用MPC增压系统，与原脉冲增压相比，在柴油机的大部分工况，尤其是中高负荷，柴油机的转矩和功率都有所提高，油耗得到明显下降。综合分析，若柴油机长期处于高工况下工作，则宜采用定压增压排气系统，其动力性和经济性更优;若对经济型要求较高，则宜选用MPC增压系统;若对于加速性能要求比较高，则宜选用脉冲增压系统。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1前言

1．2内燃机增压技术现状及存在的问题

1．2．1内燃机增压器设计技术的现状及存在的问题

1．2．2柴油机增压系统的现状

1．3柴油机增压技术的改善措施

1．4可变几何涡轮增压系统国内外研究现状

1．4．1可变几何涡轮(VGT)增压系统的国外研究概况

1．4．2可变几何涡轮(VGT)增压系统的国内研究概况

1．5主要研究内容

第2章VGT柴油机工作过程数学模型

2．1缸内热力过程数学模型的建立

2．1．1缸内热力学过程基本假设

2．1．2基本微分方程

2．1．3缸内工作过程的边界计算条件

2．2中冷器计算

2．3废气涡轮增压器计算模型

2．3．1涡轮增压器中的能量传递

2．3．2径流涡轮特性计算

2．3．3压气机特性计算

2．4本章小结

第3章可变几何涡轮增压器稳态性能试验

3．1可变截面涡轮稳态性能试验过程

3．1．1试验设备

3．1．2试验数据采集装置

3．2可变几何涡轮增压器稳态性能试验结果及分析

3．2．1压气机稳态性能试验结果及分析

3．2．2可变几何涡轮稳态性能试验结果及分析

3．3本章小结

第4章VGT与柴油机匹配的计算分析

4．1 VGT与柴油机匹配要求

4．2 VGT柴油机仿真模型的建立

4．2．1 TBD314V8增压中冷柴油机仿真模型的建立

4．2．2 VGT柴油机仿真模型的建立

4．3 VGT与柴油机的匹配研究

4．3．1 VGT与柴油机螺旋桨特性匹配规律研究

4．3．2 VGT与柴油机不同负荷下速度特性匹配规律研究

4．3．3 VGT柴油机全工况最佳开度脉谱

4．4本章小结

5．1概述

5．2定压排气系统仿真优化

5．2．1定压排气系统仿真模型的建立

5．2．2定压排气总管直径对柴油机性能的影响

5．2．3定压排气支管直径对柴油机性能的影响

5．2．4排气总管直径与排气支管直径的联合优化

5．3 MPC排气系统仿真优化

5．3．1引射喷管与总管夹角α对柴油机性能的影响

5．3．2总管直径dN对柴油机性能的影响

5．3．3进口直径d1对柴油机性能的影响

5．3．4收缩系数f对柴油机性能的影响

5．3．5进口直径与收缩系数的联合优化

5．4本章小结

6．1全文结论

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢