汽油机两级增压系统的匹配与性能研究

摘要

随着对发动机增压度要求的日益升高，单级增压技术已不能满足未来的发展需求，因此两级增压系统应运而生，该系统可以有效地提高发动机动力性，改善加速性能和燃油消耗率，以及提高发动机的瞬态响应。为此本文通过模拟仿真计算与试验验证相结合的研究手段，主要对两级增压汽油机（复合增压与两级涡轮增压汽油机）的匹配和性能进行研究与分析，并与传统单级涡轮增压汽油机进行对比分析，为改善增压汽油机的低速转矩特性、动态响应特性和燃油经济性等性能提供新的技术路线。
　　本文根据1.4L复合增压汽油机的实际结构尺寸以及试验数据，应用发动机性能模拟仿真软件GT-Power建立了仿真模型，对模型中重要模块的定义和参数设置进行了详尽的说明，并将仿真模型模拟数据与试验数据进行对比校核，两者数据吻合较好，验证了GT-Power仿真模型具有很高的精确性，同时建立并校准了该1.4L单级涡轮增压汽油机的仿真数模。
　　基于复合增压发动机的性能仿真模型，分析了机械增压器传动比、进气调节阀和废气放气阀对发动机动力性、经济性、泵气损失、增压器等方面的影响，总结了以上性能参数随三者变化的规律特性，并且根据发动机与增压器匹配的原则和要求以及两级涡轮增压系统的性能目的，选定了BorgWarner公司提供的KP35型号压气机与KP31型号涡轮的增压器，在复合增压汽油机模型的基础上建立了两级涡轮增压汽油机的GT-Power仿真模型。
　　通过对发动机爆震机理的详细研究，结合爆震机理建立了一个简化的GT-Power爆震预测模块，并通过模拟仿真，优化两级涡轮增压系统的点火提前角，抑制了两级增压发动机的爆震倾向。
　　最后，根据发动机仿真模型的模拟计算，对单级涡轮增压和两级增压系统的低速转矩特性、动态响应特性和燃油经济性进行对比分析。结果表明:复合增压与两级涡轮增压发动机的低速转矩最大比单级涡轮增压发动机分别增加了62.80％和54.35％，比油耗最大分别降低了23.45％和22.71％;动态响应特性由优到劣依次为复合增压、两级涡轮增压、单级涡轮增压发动机，并且在1500r/min（低速区域）三者动态响应特性差距最为明显。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外两级增压技术的研究现状

1．3 国内外两级增压系统匹配的研究现状

1．4 论文研究的主要目的和内容

1．4．1 研究主要目的

1．4．2 研究主要内容

1．5 本章小结

第2章 复合增压汽油机仿真模型

2．1 研究工具与对象

2．2 复合增压汽油机GT-Power模型的建立

2．2．1 进排气模块

2．2．2 气缸模块

2．2．3 喷油器模块

2．2．4 中冷器模块

2．2．5 增压器模块

2．3 单级涡轮增压汽油机GT-Power模型的建立

2．4 发动机仿真模型的校准

2．5 本章小结

第3章 复合增压汽油机的仿真分析

3．1 机械增压器传动比对增压系统的调节作用

3．2 进气调节阀对增压系统的调节作用

3．3 废气放气阀对增压系统的调节作用

3．4 本章小结

第4章 两级涡轮增压系统的选择与匹配

4．1 两级涡轮增压系统的方案设计

4．2 发动机与增压器的匹配

4．2．1 发动机与压气机的匹配

4．2．2 发动机与涡轮的匹配

4．2．3 压气机与涡轮的匹配

4．2．4 发动机与增压器匹配评价规范

4．3 废气涡轮增压系统的计算模型

4．3．1 压气机特性参数的计算

4．3．2 涡轮特性参数的计算

4．3．3 涡轮增压器动力学模型

4．4 增压器的选型

4．5 本章小结

第5章 不同增压方式下发动机性能的对比研究与分析

5．1 两级增压系统的爆震

5．1．1 爆震理论及预测模块

5．1．2 两级增压汽油机的爆震指数

5．2 发动机低速转矩特性

5．3 发动机的燃油经济性

5．4 发动机动态响应特性

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文和获得成果

致谢