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不同架構(gòu)的增壓系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的影響及參數(shù)優(yōu)化

為了滿足未來法規(guī)對(duì)CO2排放的限制以及消費(fèi)者對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性越來越高的要求，許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都在努力研發(fā)小型增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，并盡可能滿足不同車型平臺(tái)的要求。因此，合理引入增壓系統(tǒng)來減少發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸個(gè)數(shù)，同時(shí)獲得足夠的輸出功率和輸出扭矩將成為了一種可行的方案。

增壓系統(tǒng)能夠在很大程度上改善發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣過程，因?yàn)樵撓到y(tǒng)會(huì)改善排氣背壓、氣體流動(dòng)特性和氣缸內(nèi)掃氣過程，所以將其和燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合在一起，能有效地改善燃燒過程和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。增壓系統(tǒng)的架構(gòu)和工作狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率緊密相關(guān)。

較為常見的增壓系統(tǒng)架構(gòu)分為單級(jí)增壓和雙級(jí)增壓兩種，其中，雙級(jí)增壓又分為雙渦輪增壓或者渦輪增壓-機(jī)械增壓相結(jié)合兩種。當(dāng)將發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓機(jī)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、流體動(dòng)力學(xué)特性及熱力學(xué)特性進(jìn)行綜合考慮時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)極為復(fù)雜，因此需要從總體出發(fā)，進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化。在初選發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器時(shí)，最重要的是匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特性如發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比、氣門結(jié)構(gòu)、進(jìn)排氣組件，并且調(diào)整和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)控制參數(shù)。

引入不同增壓系統(tǒng)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)進(jìn)行了一維仿真，同時(shí)結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)參數(shù)和校準(zhǔn)參數(shù)。分別將不同的發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了5種組合，包括兩組4缸1.6L直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與單級(jí)增壓系統(tǒng)（渦輪增壓或機(jī)械增壓）的組合，以及3組3缸1.2L直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與雙級(jí)增壓系統(tǒng)（雙渦輪增壓、渦輪-機(jī)械增壓和機(jī)械-渦輪增壓）的組合。通過試驗(yàn)，優(yōu)化了這5種組合的定量參數(shù)（壓縮比等）和變量參數(shù)（進(jìn)排氣時(shí)間、燃燒相位等）。

通過試驗(yàn)分析可知，在輕載荷時(shí)，采用3缸發(fā)動(dòng)機(jī)配合機(jī)械-渦輪雙級(jí)增壓系統(tǒng)的組合，其燃油經(jīng)濟(jì)性最佳；而在中、高載荷的情況下，采用4缸發(fā)動(dòng)機(jī)配合機(jī)械增壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。

Manfred Amann et al. SAE 2014-01-1204.

編譯：范狄