潘旭 高昊

摘 要：近年來(lái)，隨著客戶要求的提高，對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為了兼顧日趨嚴(yán)格的法規(guī)要求，兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)成為增壓技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。論文針對(duì)某型號(hào)兩級(jí)增壓柴油機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，兩級(jí)增壓有效提高了柴油機(jī)全工況性能，尤其是低速工況及部分負(fù)荷工況的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：兩級(jí)增壓；渦輪；發(fā)動(dòng)機(jī)性能

中圖分類號(hào)： TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）22-193-2

0 引言

隨著能源與環(huán)境問(wèn)題日益明顯，且為適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。因此，內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排是備受關(guān)注的重大科學(xué)問(wèn)題，也是國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)兩級(jí)渦輪增壓降低內(nèi)燃機(jī)的排量，是內(nèi)燃機(jī)節(jié)能和減排的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 兩級(jí)渦輪增壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀

兩級(jí)增壓系統(tǒng)（Two-stage System）

兩級(jí)增壓技術(shù)將兩臺(tái)渦輪增壓器（大小可異同、可有無(wú)放氣閥、可廢氣渦輪或機(jī)械、電力驅(qū)動(dòng)）聯(lián)合運(yùn)行，通過(guò)控制系統(tǒng)可以按不同順序、不同比例的多種調(diào)節(jié)措施對(duì)空氣進(jìn)行一級(jí)或兩級(jí)壓縮。某兩級(jí)渦輪增壓是兩個(gè)WGT增壓器進(jìn)行串聯(lián)，通過(guò)真空調(diào)節(jié)器對(duì)增壓器的高、低壓技術(shù)進(jìn)行控制，從而滿足內(nèi)燃機(jī)各工況下進(jìn)氣量的需求。

因此，近年來(lái)兩級(jí)渦輪增壓成為內(nèi)燃機(jī)增壓領(lǐng)域受到關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

但兩級(jí)增壓匹配復(fù)雜且難度大，是兩級(jí)增壓技術(shù)研究的主要難點(diǎn)。兩級(jí)增壓系統(tǒng)有大小、類型不同的兩級(jí)增壓器，兩級(jí)增壓器之間以及它們與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)聯(lián)系更為復(fù)雜，對(duì)匹配提出了更高的要求。

另外，高低壓兩級(jí)增壓器在不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下的運(yùn)行特性及變化趨勢(shì)是不一致的。

2 兩級(jí)增壓器性能試驗(yàn)及驗(yàn)證

2.1 兩級(jí)增壓器性能試驗(yàn)

論文選用某型號(hào)兩級(jí)渦輪增壓柴油機(jī)為研究對(duì)象，發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)下表：

2.2 試驗(yàn)結(jié)果：（匹配兩級(jí)增壓器與VGT增壓器的區(qū)別）

2.3 試驗(yàn)總結(jié)

從以上圖示可以看出，為兼顧低速與高速的動(dòng)力性，兩級(jí)增壓器是非常完美的一個(gè)選擇。

低速段，通過(guò)增壓器高壓級(jí)的工作來(lái)滿足動(dòng)力性；高速段，通過(guò)增壓器低壓級(jí)的工作來(lái)滿足動(dòng)力性。同時(shí)，在中負(fù)荷區(qū)域，油耗也有所降低。兩級(jí)增壓器在平原地區(qū)滿足動(dòng)力性的要求，同時(shí)也彌補(bǔ)了高原地區(qū)因空氣稀薄導(dǎo)致的一系列動(dòng)力性問(wèn)題。

3 兩級(jí)增壓器控制原理

兩級(jí)增壓器控制原理如下圖所示。整個(gè)結(jié)構(gòu)中需要控制三個(gè)閥，包括高壓渦輪旁通閥、低壓渦輪旁通閥和高壓壓氣機(jī)旁通閥，其中進(jìn)氣側(cè)一個(gè)閥，廢氣側(cè)為兩個(gè)閥。

三個(gè)閥門的大體作用：高壓渦輪旁通閥控制進(jìn)入高壓級(jí)渦輪和低壓級(jí)渦輪的廢氣比例，低壓渦輪旁通閥控制進(jìn)入低壓級(jí)渦輪的廢氣量，而高壓壓氣機(jī)旁通閥則控制新鮮空氣進(jìn)入高壓級(jí)壓氣機(jī)的比例，可以控制整個(gè)增壓系統(tǒng)是單級(jí)工作還是兩級(jí)工作。三個(gè)閥門均為負(fù)壓控制，氣動(dòng)調(diào)節(jié)。高壓渦輪旁通閥和低壓渦輪旁通閥的開度是連續(xù)可調(diào)的，高壓壓氣機(jī)旁通閥開度不能連續(xù)可調(diào)，只有全開和全關(guān)兩種狀態(tài)。事實(shí)上，閥的開度如何控制取決于其真空管路上的控制閥類型，即真空切換閥和真空控制閥。

試驗(yàn)原理：隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，低壓機(jī)壓氣機(jī)壓比一直上升，而高壓級(jí)壓氣機(jī)壓比先上升，隨后隨旁通閥的開啟而降低，總壓比完全滿足內(nèi)燃機(jī)性能的需求；發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速時(shí)，高低兩級(jí)壓氣機(jī)都具有較高的效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速工況運(yùn)行時(shí)，旁通閥完全關(guān)閉，高溫排氣氣順次流經(jīng)高低兩級(jí)增壓器的渦輪。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，兩級(jí)渦輪的流量的增長(zhǎng)量一樣，所以兩級(jí)增壓器的壓比都上升，總壓比及進(jìn)氣能力都提高。然而，當(dāng)總壓比太高時(shí)，即增壓壓力太大了，這樣，就要限制增壓器的開度，避免增壓器超速，從而造成增壓器的損壞。

4 兩級(jí)增壓器運(yùn)行工況的分布

兩級(jí)增壓系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)見(jiàn)下圖，發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工況范圍內(nèi)分為三個(gè)工作區(qū)域①、②、③。①和②區(qū)域?yàn)楦邏杭?jí)、低壓級(jí)同時(shí)工作，即兩級(jí)增壓；③區(qū)域?yàn)閱渭?jí)增壓，只有低壓級(jí)工作。②和③區(qū)域分別調(diào)節(jié)高壓渦輪旁通閥和低壓渦輪旁通閥來(lái)達(dá)到目標(biāo)增壓壓力，即增壓壓力作為控制目標(biāo)，閉環(huán)控制；而①區(qū)域三個(gè)閥全部關(guān)閉，增壓壓力不作為控制目標(biāo)，也不進(jìn)行控制，類似WGT 的單級(jí)增壓。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩級(jí)增壓器的研究，匹配結(jié)果表明，兩級(jí)渦輪兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的低速與轉(zhuǎn)速的性能，有效提高該柴油機(jī)全工況性能，提高了低速工況及部分負(fù)荷工況動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱大鑫，渦輪增壓與渦輪增壓器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.