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柴油机高原可调二级增压系统的匹配与调节

李长江  
【摘要】:在利用可调二级增压系统改善柴油机高原适应性的背景下,进行了柴油机高原可调二级增压系统匹配、稳态调节方法及瞬态加载过程增压及供油系统的控制策略等方面的研究。首先,以改善高原适应性为目的为柴油机匹配了可调二级增压系统。在搭建柴油机一维性能仿真模型(GT-Power),并校验模型精度的基础上,建立了可调二级增压系统的模型。通过多匹配方案优选得到了兼顾不同海拔下整机性能的可调二级增压系统,匹配的可调二级增压系统能够避免涡轮增压柴油机在高原运行时喘振、超速及排温高等可靠性问题,且使高原最大扭矩和最大功率相对原机分别提升20%和17.7%,达到原机平原水平的98.7%和93.5%,相应油耗率相对原机降低了3%和4%。然后,开展了不同海拔下柴油机可调二级增压系统的稳态调节方法研究。首先,分析和研究了涡轮旁通流量率对增压系统和柴油机性能的影响规律,得到了涡轮旁通流量率和海拔环境对柴油机性能的影响机理,同一工况下,当涡轮旁通流量或海拔变化时,主要是IMEPg和PMEP在影响输出扭矩或油耗率。其次,优化得到了不同海拔下可调二级增压系统的可靠性调节规律和经济性调节规律。最后,对比分析了两种调节规律的万有特性。经济性调节规律考虑了泵气损失的影响,其调节区域更加宽广,在同一工况下,其旁通流量率更大,在调节区域的燃油消耗率更低。而高海拔时(4.5km),经济性调节规律的调节范围较平原时窄,低负荷时的油耗较平原低,而中高负荷的油耗率较平原时高。最后,研究了不同海拔环境下,瞬态加载过程中增压系统的控制策略。分别在平原和高原的3个定转速加载工况下,研究了旁通阀关闭策略及延迟喷油对扭矩等参数的瞬态响应特性的影响规律,并设计了各工况下增压系统及喷油提前角的控制策略,包括旁通阀协调关闭策略,涡轮旁通阀闭环控制和延迟喷油的策略。压气机旁通阀相对涡轮旁通阀延后关闭的策略避免了增压压力和输出扭矩的突降和波动;相对开环控制策略,闭环控制策略使0m1900r/min加载工况的扭矩响应时间缩短了1s,4.5km1900r/min加载工况的扭矩响应时间缩短了1.4s;4.5km1000r/min加载工况时,延迟喷油10°CA使扭矩响应时间缩短了2.3s。建立了增压系统瞬态过程控制策略验证模型,并与柴油机瞬态性能仿真模型进行耦合仿真,对比了平原和高原(4.5km)的三个瞬态加载工况的瞬态特性,分析了海拔和转速对各参数瞬态响应时间的影响规律。


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