柴油機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)速運行范圍柴油機的不斷發(fā)展,增壓系統(tǒng)與柴油機匹配的要求也越來越高。相繼渦輪增壓系統(tǒng)是一種提高柴油機低速工況燃油經(jīng)濟性和瞬態(tài)響應性、降低碳煙排放的有效措施。當前相繼增壓系統(tǒng)一般是采用2臺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,當柴油機采用2階段相繼增壓時,還需要采用進排氣旁通、廢氣放氣或旁通補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臺渦輪增壓器,結構體積大且成本高。為此,本文針對一種新型的采用2臺不同尺寸渦輪增壓器并聯(lián)的3階段相繼增壓系統(tǒng)進行了研究。該系統(tǒng)通過在柴油機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臺增壓器并聯(lián)運行的方式來實現(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)與柴油機的匹配矛盾。本文詳細研究了大小渦輪3階段相繼增壓系統(tǒng)的關鍵部件及測控系統(tǒng)的設計開發(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柴油機為基礎進行了進排氣切換閥門系統(tǒng)、氣動執(zhí)行機構系統(tǒng)和控制采集系統(tǒng)的設計研制,完成了柴油機大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)的試驗樣機的開發(fā)。研制的高溫排氣切換閥門耐溫高達750℃,切換閥門的全開至全閉時間小于0.1s,內(nèi)外部泄漏等級均能達到相繼增壓系統(tǒng)的要求。
　　 在試驗樣機上,進行了不同增壓器匹配的車用特性和推進特性的穩(wěn)態(tài)試驗研究,根據(jù)燃油經(jīng)濟性最優(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。與原機普通增壓系統(tǒng)的對比試驗結果表明,柴油機采用該相繼增壓系統(tǒng)后性能有了較大改善,尤其是在低速高負荷工況時,燃油消耗率下降達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)切換試驗中,通過控制進排氣切換閥門的開閉順序及延遲時間,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)速的試驗結果表明,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,切換時進氣壓力瞬時下降幅度越小而發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降幅度越大,但是恢復到目標值的時間越短。而且,在同一切換轉(zhuǎn)速下,由大TC切換至小TC的發(fā)動機進氣壓力及轉(zhuǎn)速下降幅度和恢復到穩(wěn)定值的時間都比由小TC切換至大TC時少。
　　 大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)上、下行切換試驗結果表明,閥門切換過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動范圍隨著負荷的升高而增大。在切換前后發(fā)動機負荷恒定的情況下,對切換前后發(fā)動

6、機轉(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行了試驗對比,結果表明,前者的上、下行切換線之間的轉(zhuǎn)速差高于后者。
　　 對柴油機采用大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)的瞬態(tài)加速加載過程進行了試驗研究,確定了該系統(tǒng)的加速優(yōu)化切換方案。試驗結果表明,在恒轉(zhuǎn)速加轉(zhuǎn)矩過程中,相同的加載時間下采用大小渦輪相繼增壓時發(fā)動機的pme上升速度快于原機,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)時間下的發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升時間隨著