可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的計算與試驗研究.pdf

1、定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)是渦輪增壓系統(tǒng)的兩種先期基本型式。定壓增壓系統(tǒng)在高速工況時，泵氣損失較小，渦輪效率較高，性能較優(yōu);但是在低速工況時，不能充分利用排氣脈沖能量。脈沖增壓系統(tǒng)既能避免掃氣干擾，又能較好地利用排氣脈沖能量，低速工況和瞬態(tài)工況性能較優(yōu);但是在高速工況時，泵氣損失較大?？勺儙缀闻艢夤茉鰤合到y(tǒng)通過排氣管中的可控閥門來實現(xiàn)增壓方式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)發(fā)動機處于低速工況或加速加載工況時，關(guān)閉可控閥門，增壓方式轉(zhuǎn)換為脈沖增壓;當(dāng)發(fā)動機處于

2、高速工況時，打開可控閥門，增壓方式轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)定壓增壓?？勺儙缀闻艢夤茉鰤合到y(tǒng)同時具有定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的優(yōu)點，可以較好的改善發(fā)動機高低轉(zhuǎn)速工況的協(xié)調(diào)性，是一種具有潛在應(yīng)用價值的增壓系統(tǒng)，為此本文對該增壓系統(tǒng)開展了計算與試驗研究。
　　首先以船用Z8170型柴油機原機仿真計算模型為基礎(chǔ)，對船用五缸機、六缸機、七缸機、八缸機、九缸機，分別進行了單閥和雙閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的方案計算研究。通過各種方案計算結(jié)果的對比分析，找到了

3、各機型較優(yōu)的設(shè)計方案，并提出了通用的單閥和雙閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)設(shè)計方法。
　　排氣管系三通接頭計算模型對可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的排氣管系設(shè)計具有至關(guān)重要的影響。為了提高三通接頭計算模型總壓損失系數(shù)的計算精度，對增壓系統(tǒng)排氣管系常用的兩個斜三角“T”型三通接頭進行了較高馬赫數(shù)的冷態(tài)吹風(fēng)試驗研究。根據(jù)兩個三通接頭的試驗結(jié)果，以及已有的三通接頭總壓損失系數(shù)理論計算公式，得到了總壓損失系數(shù)的修正計算公式。修正計算公式考慮了馬赫數(shù)的影

4、響，提高了三通接頭計算模型總壓損失系數(shù)的計算精度。
　　為了研究單閥可變幾何排氣增壓系統(tǒng)的綜合性能，在利用得到的修正計算公式對排氣管系三通接頭模型進行修正的基礎(chǔ)上，分別對車用六缸機和船用八缸機各自的一種單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)進行了詳細的計算分析。針對車用六缸機的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，確定了其外特性閥門開關(guān)切換點。結(jié)果表明，在額定工況點閥門打開以后，油耗比原機降低3％。針對額定轉(zhuǎn)速分別為1200r/min和1000r/mi

5、n的船用八缸機單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，確定了它們的推進特性閥門開關(guān)切換點。和四脈沖增壓系統(tǒng)、PC增壓系統(tǒng)、MPC增壓系統(tǒng)相比較，新設(shè)計的船用八缸機單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)性能較優(yōu)。在推進特性的瞬態(tài)工況，可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)的閥門關(guān)閉以后，能明顯改善瞬態(tài)性能;其中進氣壓力上升到90％穩(wěn)定壓力所需要的時間比閥門打開時減少27％，比MIXPC增壓系統(tǒng)減少32％。
　　為了進一步驗證計算分析的相關(guān)結(jié)果，對車用六缸機和船用八缸機的單

6、閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)分別進行了模擬試驗研究，得到了這兩種機型以燃油經(jīng)濟性為最優(yōu)原則的閥門開關(guān)切換規(guī)律。對于車用六缸機的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，在額定工況點，當(dāng)閥門處于打開狀態(tài)時，油耗降低4.7g/kW.h。在突加油門的瞬態(tài)工況，當(dāng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài)時，瞬態(tài)性能較好，其中增壓器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定所需的時間減少30％，進氣壓力上升到90％穩(wěn)定壓力所需要的時間減少16％，煙度峰值減小15.3％。對于船用八缸機的單閥可變幾何排氣管增壓系統(tǒng)，它能較好