柴油机相继增压蝶阀气动控制系统性能分析

摘要

相继增压技术是改善高增压柴油机低工况性能最有效的方法之一,可以有效地扩大柴油机低工况运行范围,提高经济性能和减少排放。若相继增压的切换点和切换延迟选择不当,特别是在柴油机瞬态切换过程中,容易出现压气机喘振,增压器超速,油耗率增加等问题。切换点和切换延迟是蝶阀气动控制系统的主要控制参数,由此可以看出蝶阀气动控制系统在柴油机相继增压系统中的重要性。本文从气体动力学和计算机数值模拟的角度对蝶阀气动控制系统进行了研究,为深入了解蝶阀气动控制系统特性提供了理论基础。
　　 利用Pro/E软件,基于TBD234V12相继增压蝶阀控制系统建立了气动系统内各部件的三维实体模型;根据气压传动和气体动力学理论建立了蝶阀气动系统的数学模型;使用MATLAB/Simulink仿真软件编制了蝶阀气动控制系统的仿真程序并进行计算;仿真结果显示气源压力P*是影响蝶阀切换的主要因素,执行气缸阻力F次之,影响最小的是管路长度L。
　　 基于FLUENT流体仿真软件,建立了蝶阀气动系统的二维简化计算模型;采用湍流数学模型和SIMPLE算法对计算模型进行了非稳态的数值模拟分析。分析结果表明蝶阀气动控制系统内气体的压力,流速和温度在电磁阀的节流处、管路的弯头处和执行气缸的进、排气口处变化较剧烈,而在进排气管路和执行气缸内部,变化较平缓。
　　 最后,为了验证仿真模型的有效性,设计并搭建了蝶阀气动控制系统的检测试验台;通过试验数据与计算仿真数据的对比得出,在可变参数条件为P*=0.8 Mpa、L=3.5m、F=3000N时,仿真切换时间为0.51s,与试验结果0.47s比较接近,且试验结果和仿真结果的曲线在变化趋势上一致,吻合较好。
　　 本文通过对相继增压蝶阀气动控制系统特性的综合研究,获得了影响蝶阀气动系统性能的主要影响因素,即气源压力、管路长度和气缸阻力;并针对影响因素对蝶阀气动系统特性的影响规律,提出了改进蝶阀切换时间的可行性建议,为深入研究柴油机相继增压蝶阀气动控制系统提供了参考。