車用重型柴油機可控機械復合渦輪系統(tǒng)總能效率優(yōu)化研究.pdf

1、內燃機排氣余壓能的回收與利用是進一步提高燃油能量利用效率，降低車輛道路油耗的關鍵技術之一。本文采用機械復合渦輪技術進行內燃機余壓能的回收，即動力渦輪布置在增壓渦輪下游，將增壓渦輪尚未充分利用的排氣余壓能轉化為動能，通過機械傳動系統(tǒng)與曲軸耦合，對外輸出做功。針對傳統(tǒng)機械復合渦輪系統(tǒng)中動力渦輪運行效率較低和小負荷下對發(fā)動機性能惡化嚴重的問題，提出了一種可控機械復合渦輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用動力渦輪廢氣旁通閥和無級變速器根據(jù)發(fā)動機運行工況，動態(tài)調節(jié)

2、增壓渦輪和動力渦輪的運行狀態(tài)，以獲得最大的總能效率。
　　本文首先基于GT-SUITE搭建了可控機械復合渦輪發(fā)動機及整車仿真平臺，內燃機排氣流量、排氣溫度以及發(fā)動機功率的模型最大誤差分別為4％，6%和5%，其精度滿足可控機械復合渦輪系統(tǒng)匹配規(guī)律和動態(tài)控制規(guī)律研究的需求。
　　采用以上仿真平臺，研究了關鍵設計參數(shù)（動力渦輪通流面積、增壓渦輪通流面積與傳動速比）對總能效率的影響規(guī)律；進而提出了增壓渦輪、動力渦輪和傳動系統(tǒng)的匹配策

3、略。采用高速公路工況為典型工況，以高速公路工況下發(fā)動機轉速和扭矩分布最集中的工況點作為匹配工況點，對動力渦輪、增壓渦輪和傳動系統(tǒng)進行匹配。匹配后，內燃機額定工況總能效率提高5.4%，高速公路工況道路油耗降低1.33%。
　　針對內燃機的全工況特性，采用了無級變速器調節(jié)動力渦輪轉速，以優(yōu)化動力渦輪非匹配點運行效率。研究了動力渦輪廢氣旁通閥調節(jié)動力渦輪和增壓渦輪運行工況，以及動力渦輪回收功率和內燃機功率損失的作用規(guī)律，提出了動力渦輪旁

4、通閥的控制策略：在小負荷工況動力渦輪旁通閥全開，降低內燃機的泵氣損失；在中大負荷工況動力渦輪旁通閥全關，提高動力渦輪的回收功率。結果表明：基于全工況下無級變速器和動力渦輪旁通閥的優(yōu)化策略，能夠降低高速公路工況油耗1.54%。
　　道路工況下，內燃機工況具有瞬變性，增壓遲滯是影響道路油耗的關鍵因素。因此考慮到動力渦輪旁通閥對增壓渦輪出口壓力的調節(jié)作用，研究了動力渦輪旁通閥對進氣增壓瞬態(tài)響應特性的調節(jié)規(guī)律。在此基礎上，提出了動力渦輪旁