謝海江， 李華雷， 邢衛(wèi)東

(1. 鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系， 河南 鄭州 450121；2. 上海交通大學(xué)動力機(jī)械及工程教育部重點(diǎn)實驗室, 上海 200240；3. 中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限公司， 上海 200241； 4. 中國北方發(fā)動機(jī)研究所(天津)， 天津 300400)

雙渦輪增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)通流特性匹配方法

謝海江1， 李華雷2，3， 邢衛(wèi)東4

(1. 鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系， 河南 鄭州 450121；2. 上海交通大學(xué)動力機(jī)械及工程教育部重點(diǎn)實驗室, 上海 200240；3. 中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限公司， 上海 200241； 4. 中國北方發(fā)動機(jī)研究所(天津)， 天津 300400)

通過離心式壓氣機(jī)特性圖譜分析，建立了壓氣機(jī)通流特性模型來表征節(jié)流線?；趬簹鈾C(jī)通流特性模型，針對車用柴油機(jī)典型工況建立了性能指標(biāo)函數(shù)，從而指導(dǎo)增壓系統(tǒng)匹配方案的確定。針對典型雙渦輪增壓系統(tǒng)，明確了增壓系統(tǒng)匹配流程，建立基于壓氣機(jī)通流特性的匹配方法。針對某型6缸增壓柴油機(jī)不同工況的性能參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)行了相繼增壓系統(tǒng)和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配計算，分別進(jìn)行了大小增壓器和高低壓級增壓器選型。通過搭建柴油機(jī)相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)試驗臺架，試驗驗證了雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方案，試驗結(jié)果表明，所匹配的相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)能夠滿足不同典型工況的壓比和流量要求，進(jìn)而實現(xiàn)柴油機(jī)不同工況的性能指標(biāo)，保證了柴油機(jī)全工況范圍的正常運(yùn)行。同時根據(jù)柴油機(jī)試驗結(jié)果，以燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)，確定了相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)全工況控制策略。

柴油機(jī)； 相繼增壓系統(tǒng)； 兩級增壓系統(tǒng)； 壓氣機(jī)； 通流特性； 匹配方法

隨著環(huán)境問題的日益突出和排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，高增壓技術(shù)逐漸應(yīng)用于柴油機(jī)動力性能提升和排放性能改善。高增壓技術(shù)的應(yīng)用使得柴油機(jī)與渦輪增壓系統(tǒng)匹配矛盾的問題更加嚴(yán)重，由此產(chǎn)生了廢氣放氣式、可變截面、相繼增壓、可調(diào)兩級甚至可調(diào)三級增壓系統(tǒng)來解決這一矛盾問題。

目前，相繼和可調(diào)兩級等雙渦輪增壓系統(tǒng)在工程實際中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的相繼增壓系統(tǒng)匹配方法一般是根據(jù)柴油機(jī)部分轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)與最高轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)的增壓比、過量空氣系數(shù)的關(guān)系，采用簡單噴嘴模型計算渦輪等效流通面積，最終確定采用相同或大小渦輪相繼增壓系統(tǒng)方案[1-4]。現(xiàn)有的可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方法中，一般是采用窮舉法、迭代法[5-7]或基于等效模型的調(diào)節(jié)能力分析[8-11]等過程確定合適的高低壓級渦輪等效流通面積，最終完成渦輪增壓器選型。而通過簡單噴嘴公式確定的渦輪等效面積或相應(yīng)的渦輪流通特性一般很難得到，大部分渦輪增壓器廠商很少提供渦輪特性試驗數(shù)據(jù)，而是只提供壓氣機(jī)特性圖譜來明確該款增壓器適用的壓比和折合流量范圍。但目前兩個壓氣機(jī)特性的選擇比較依賴于在特性圖上確定特性點(diǎn)位置之一點(diǎn)圖譜的方法，最終壓氣機(jī)特性方案的確定也依賴于經(jīng)驗；另外，柴油機(jī)性能的實現(xiàn)不僅僅依賴于合適的壓氣機(jī)和渦輪特性，還需要以一定的增壓系統(tǒng)總效率為前提。而相比于渦輪效率，壓氣機(jī)效率在不同工況點(diǎn)的變化幅度相對較大，因此現(xiàn)有的相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方法會受到很大限制，需要尋求可行的新型雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法。

本研究引入壓氣機(jī)通流特性模型這一概念，力求在柴油機(jī)的運(yùn)行工況范圍內(nèi)保證壓氣機(jī)端的綜合效率較高，進(jìn)而保證柴油機(jī)性能，實現(xiàn)匹配目標(biāo)。通過分析離心式壓氣機(jī)特性圖譜，建立了計算精度很高的壓氣機(jī)通流特性模型，基于此模型分別明確了相繼增壓系統(tǒng)與可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配流程和方法，并針對某6缸增壓柴油機(jī)進(jìn)行了雙渦輪增壓系統(tǒng)的應(yīng)用實例計算，分別匹配了相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)。通過搭建柴油機(jī)增壓系統(tǒng)試驗臺架，進(jìn)行了匹配方案的性能試驗，驗證了雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法。

1 壓氣機(jī)通流特性模型

離心式壓氣機(jī)特性圖由穩(wěn)定工作區(qū)和不穩(wěn)定工作區(qū)組成，壓氣機(jī)最高效率區(qū)在穩(wěn)定工作區(qū)的中間位置，比較靠近喘振線(見圖1)。圖中的虛線為節(jié)流線，是當(dāng)壓氣機(jī)后邊的節(jié)流面積保持一定時，改變壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速所測量得到的性能曲線，可以近似為一個孔板的體積流量與孔板前后壓差之間的關(guān)系，曲線形狀與二次拋物線相似[11]。

圖1 離心式壓氣機(jī)特性圖

可以看出，離心式壓氣機(jī)的節(jié)流線基本上穿過每條壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速上對應(yīng)的最高效率區(qū)。當(dāng)柴油機(jī)與離心式壓氣機(jī)聯(lián)合運(yùn)行時，如果柴油機(jī)運(yùn)行工況在壓氣機(jī)上的運(yùn)行點(diǎn)位于或者靠近節(jié)流線，增壓器的效率相對較高，有利于增壓壓力的建立和柴油機(jī)的泵氣過程，從而提高柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。由此可見，較好的增壓系統(tǒng)匹配方案應(yīng)該使柴油機(jī)主要工況的運(yùn)行點(diǎn)盡量靠近節(jié)流線，從而獲得較高的增壓系統(tǒng)整體效率。在此基礎(chǔ)上考慮為低轉(zhuǎn)速外特性運(yùn)行點(diǎn)保留足夠的喘振裕度，避免其進(jìn)入壓氣機(jī)喘振區(qū)域；高轉(zhuǎn)速運(yùn)行點(diǎn)不超過壓氣機(jī)的最高轉(zhuǎn)速線，保持合適的超速裕度，從而保證增壓柴油機(jī)正常運(yùn)行。

(1)

式中：AC為壓氣機(jī)等效通流面積；ρin為壓氣機(jī)入口密度。

為保證壓氣機(jī)圖譜的通用性，增壓器廠商采用壓比和折合流量來繪制壓氣機(jī)特性圖譜，因此為了滿足增壓系統(tǒng)匹配過程要求，需要將式(1)改寫成如下形式：

(2)

可以看出，離心式壓氣機(jī)的壓比與折合流量呈二次多項式關(guān)系，而壓氣機(jī)等效通流面積AC可以表征其流通能力的大小。為驗證通流特性方程的準(zhǔn)確性，選用兩款渦輪增壓機(jī)進(jìn)行了模型精度驗證計算，結(jié)果見圖2。

圖2 壓氣機(jī)通流特性模型的驗證結(jié)果

將采用通流特性方程計算得到的壓比與折合流量曲線與節(jié)流線進(jìn)行對比，可以看出，壓氣機(jī)通流特性曲線可以穿過壓氣機(jī)的高效率區(qū)域，并且與節(jié)流線非常接近，這說明通流特性方程基本可以用來表征離心式壓氣機(jī)的節(jié)流線特性。

2 基于壓氣機(jī)通流特性模型的雙渦輪增壓

系統(tǒng)匹配方法

2.1 基于壓氣機(jī)通流特性的增壓系統(tǒng)匹配方法

根據(jù)壓氣機(jī)通流特性模型，不同的壓氣機(jī)通流面積會對應(yīng)不同的壓氣機(jī)特性圖譜節(jié)流線，其主要作用是表征壓氣機(jī)的節(jié)流線，即反映出每條壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速線上最高效率點(diǎn)所在位置。在實際匹配過程中根據(jù)增壓器廠商所提供的壓氣機(jī)特性圖譜，選取任意等轉(zhuǎn)速線與節(jié)流線交點(diǎn)處的壓比和折合流量，就能夠計算得到相應(yīng)的壓氣機(jī)等效流通面積，將其與匹配計算結(jié)果進(jìn)行對比，從而選擇與匹配結(jié)果相等或相近的壓氣機(jī)特性作為大小增壓器或高低壓級增壓器的壓氣機(jī)方案，完成選型。

在進(jìn)行增壓系統(tǒng)匹配時，根據(jù)柴油機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速、最大扭矩點(diǎn)和標(biāo)定轉(zhuǎn)速等典型工況下柴油機(jī)功率、燃油消耗率和空燃比等性能參數(shù)所對應(yīng)的壓比和進(jìn)氣流量，就能得到壓比和折合流量，通過式(2)就可求得某一典型工況點(diǎn)應(yīng)該匹配的壓氣機(jī)通流面積，即可以確定能使其運(yùn)行點(diǎn)處于高效區(qū)域的壓氣機(jī)特性圖譜。不同典型工況會需要不同的壓比和折合流量，也就對應(yīng)了不同的壓氣機(jī)特性圖譜。但對于增壓系統(tǒng)匹配過程而言，只能采用一個或兩個壓氣機(jī)來適應(yīng)不同工況點(diǎn)的需求，因此可構(gòu)建一個性能指標(biāo)函數(shù)U(AC)，其函數(shù)表達(dá)形式如下：

(3)

使性能指標(biāo)函數(shù)U(AC)取得最小值，可以求得唯一的壓氣機(jī)通流面積AC,opt，根據(jù)其數(shù)值大小求得壓氣機(jī)通流特性曲線，然后在現(xiàn)有渦輪增壓器中尋找節(jié)流線與此特性曲線重合或相近的壓氣機(jī)圖譜，完成柴油機(jī)與增壓系統(tǒng)的匹配方案確定。

根據(jù)上述匹配方法，可以指導(dǎo)雙渦輪增壓系統(tǒng)的匹配過程，確定增壓系統(tǒng)方案。雙渦輪增壓器系統(tǒng)包括相繼增壓系統(tǒng)和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)。對于柴油機(jī)車用特性，相繼增壓系統(tǒng)采用兩臺相同或不同的渦輪增壓器實現(xiàn)兩階段或三階段相繼增壓，較有效地解決增壓系統(tǒng)與柴油機(jī)的匹配矛盾?？烧{(diào)兩級增壓系統(tǒng)采用大小不同的兩個增壓器串聯(lián)布置，在低壓級增壓器流量范圍的基礎(chǔ)上通過高壓級增壓器的壓縮作用提升整體的壓比水平，實現(xiàn)了高壓比和寬流量范圍的兼顧。

2.2 相繼增壓系統(tǒng)匹配方法

進(jìn)行相繼增壓系統(tǒng)匹配時，需要根據(jù)柴油機(jī)部分轉(zhuǎn)速工況與標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況的壓比、過量空氣系數(shù)的關(guān)系，確定合適的增壓器型號。

(4)

2.3 可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方法

可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)一般注重提升柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速動力性，因此匹配方案需要在小質(zhì)量流量情況下實現(xiàn)較大的增壓壓力。而對于最大扭矩點(diǎn)以上的高轉(zhuǎn)速工況只要保持原機(jī)性能，則可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)的匹配方案應(yīng)著重解決這種匹配方案的確定問題。

3 雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法應(yīng)用及試驗驗證

針對D6114渦輪增壓柴油機(jī)，采用上述匹配方法進(jìn)行雙渦輪增壓系統(tǒng)的應(yīng)用計算和試驗驗證。發(fā)動機(jī)的主要性能參數(shù)見表1。

表1 D6114原機(jī)主要性能參數(shù)

3.1 雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法應(yīng)用實例

為改善原機(jī)性能，將相繼增壓系統(tǒng)的匹配目標(biāo)定義為最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速外特性工況點(diǎn)(800 r/min，570 N·m)的過量空氣系數(shù)為1.55，燃油消耗率為217.5 g/(kW·h)；標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)(2 200 r/min，800 N·m)的過量空氣系數(shù)為1.85，燃油消耗率為231 g/(kW·h)。

根據(jù)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時柴油機(jī)性能指標(biāo)要求，可以得到增壓系統(tǒng)需要滿足的壓比為1.32，折合流量為0.063 9 kg/s；根據(jù)式(2)的壓氣機(jī)通流面積計算結(jié)果，最終選用了與其接近的IHI RHF5壓氣機(jī)，其通流面積為3.18 cm2，選配結(jié)果見圖3。根據(jù)標(biāo)定轉(zhuǎn)速時柴油機(jī)性能指標(biāo)，計算出此時要求實現(xiàn)的壓比為2.1，折合流量為0.313 kg/s?？紤]到相繼增壓系統(tǒng)中增壓器切換運(yùn)行關(guān)系，將大小渦輪增壓器的折合流量比值定為3∶7，因此可以得到大壓氣機(jī)要滿足的壓比為2.1，折合流量為0.219 kg/s。同樣根據(jù)式(2)的壓氣機(jī)通流面積結(jié)果選用了與之接近的TBP4壓氣機(jī)，其通流面積為4.65 cm2，選配結(jié)果見圖4。最后將大小增壓器并聯(lián)布置構(gòu)成相繼增壓系統(tǒng)的匹配方案。

圖3 小增壓器壓氣機(jī)特性圖選配結(jié)果

圖4 大增壓器壓氣機(jī)特性圖選配結(jié)果

為提升柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速動力性能，將可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)的匹配目標(biāo)定義為最低轉(zhuǎn)速外特性工況點(diǎn)(800 r/min，650 N·m)的過量空氣系數(shù)為1.6，燃油消耗率為206.8 g/(kW·h)；最大扭矩點(diǎn)工況(1 400 r/min，950 N·m)的過量空氣系數(shù)為1.74，燃油消耗率為207.2 g/(kW·h)；標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)(2 200 r/min，800 N·m)的過量空氣系數(shù)為2.1，燃油消耗率為227.1 g/(kW·h)。

根據(jù)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時柴油機(jī)性能指標(biāo)要求，可以得到增壓系統(tǒng)需要滿足的總壓比為1.36，折合流量為0.071 8 kg/s；將高低壓級壓比分配定為50∶50，得到高壓級壓比為1.166，折合流量為0.066 3 kg/s；采用式(2)計算得到壓氣機(jī)通流面積為3.18 cm2，因此高壓級也選用IHI RHF5壓氣機(jī)，選配結(jié)果見圖5。此時計算得到最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工況時應(yīng)采用的低壓級壓比為1.166，折合流量為0.071 7 kg/s。該可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方案在低轉(zhuǎn)速時采用兩級串聯(lián)運(yùn)行的普通兩級運(yùn)行模式，減小增壓系統(tǒng)渦輪等效面積來彌補(bǔ)低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工況下壓氣機(jī)效率較低這一缺點(diǎn)，實現(xiàn)柴油機(jī)此工況點(diǎn)的性能目標(biāo)。此時高壓級小增壓器承擔(dān)主要的壓縮作用，而低壓級起到輔助作用?？紤]到增壓系統(tǒng)管路布置方案和整體結(jié)構(gòu)，并未在低轉(zhuǎn)速工況采用一個高壓級小增壓器工作的運(yùn)行模式，因為這需要在低壓級壓氣機(jī)和渦輪旁分別并聯(lián)一個旁通閥才能實現(xiàn)低壓級增壓器的完全屏蔽。

圖5 高壓級增壓器壓氣機(jī)特性圖選配結(jié)果

另外根據(jù)最大扭矩點(diǎn)和標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況的柴油機(jī)性能參數(shù)確定了最大扭矩點(diǎn)處壓比為2.02，折合流量為0.199 kg/s；標(biāo)定轉(zhuǎn)速處壓比為2.27，折合流量為0.346 kg/s。再根據(jù)式(2)計算得到這3個工況點(diǎn)應(yīng)選用的壓氣機(jī)通流面積，并采用性能指標(biāo)函數(shù)的最小化分析得到唯一的壓氣機(jī)通流面積，而TBP4壓氣機(jī)的通流面積與之接近，因此低壓級選用了TBP4壓氣機(jī)，其特性與運(yùn)行點(diǎn)的對比情況見圖6。最后將兩個增壓器串聯(lián)布置就可以構(gòu)成可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)的匹配方案。

圖6 低壓級增壓器壓氣機(jī)特性圖選配結(jié)果

通過壓氣機(jī)通流特性模型的運(yùn)用并結(jié)合性能指標(biāo)函數(shù)U(Ac)，保證了不同柴油機(jī)工況下的壓氣機(jī)端的綜合效率較高，進(jìn)而保證了增壓系統(tǒng)總效率水平。雖然圖3和圖6中標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行點(diǎn)離節(jié)流線稍遠(yuǎn)，但車用柴油機(jī)的整個運(yùn)行范圍必然存在距離壓氣機(jī)節(jié)流線較遠(yuǎn)的工況點(diǎn)。如果采用只側(cè)重于匹配點(diǎn)工況效率的傳統(tǒng)匹配方法，標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行點(diǎn)與節(jié)流線的距離可能會更遠(yuǎn)，其工況點(diǎn)效率會更低。

3.2 雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法的試驗驗證

根據(jù)上節(jié)中雙渦輪增壓系統(tǒng)的應(yīng)用實例，分別搭建了柴油機(jī)相繼增壓系統(tǒng)試驗臺和柴油機(jī)可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)試驗臺，并進(jìn)行了柴油機(jī)性能試驗，對雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法進(jìn)行試驗驗證。

圖7示出了相繼增壓匹配方案的驗證結(jié)果?？梢钥闯?，柴油機(jī)裝配相繼增壓系統(tǒng)后可以實現(xiàn)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速的性能指標(biāo)。圖7a示出了小渦輪增壓器單獨(dú)運(yùn)行時的燃油消耗率等值線圖。從圖中可知，所匹配的小渦輪增壓器可以很好地滿足柴油機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到最大扭矩點(diǎn)之間運(yùn)行工況的要求，提供足夠的增壓壓力，從而實現(xiàn)了最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目標(biāo)扭矩和油耗。但當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加時，受限于其流通能力范圍，小渦輪增壓器不再適用于高轉(zhuǎn)速工況。圖7b示出了相繼增壓系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行時的燃油消耗率等值線圖?？梢钥闯?，所匹配的相繼增壓系統(tǒng)在柴油機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速實現(xiàn)了扭矩和燃油消耗率等匹配目標(biāo)，而且能夠滿足柴油機(jī)全工況內(nèi)的壓比和流量需求。

圖7 相繼增壓系統(tǒng)匹配方案試驗驗證

過量空氣系數(shù)的驗證結(jié)果見圖7c?？梢钥闯觯嗬^增壓系統(tǒng)中大小增壓器相繼切換的運(yùn)行狀態(tài)使得柴油機(jī)外特性工況的增壓壓力存在兩段階躍式突變現(xiàn)象，造成相繼增壓系統(tǒng)的三階段運(yùn)行模式。而匹配方案在最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速都能很好地滿足柴油機(jī)運(yùn)行要求，過量空氣系數(shù)的匹配目標(biāo)也得以實現(xiàn)。

根據(jù)燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)原則，將相繼增壓系統(tǒng)不同運(yùn)行模式的全工況燃油消耗率進(jìn)行求差運(yùn)算，得到不同增壓器的最佳適用區(qū)域，從而確定了相繼增壓系統(tǒng)全工況控制策略(見圖8)。從圖中可知，為滿足柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性要求，小增壓器運(yùn)行于柴油機(jī)低速較高負(fù)荷工況，大增壓器運(yùn)行于中速較高負(fù)荷工況，而大小兩臺增壓器并聯(lián)則運(yùn)行于高速較高負(fù)荷以及全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的較低負(fù)荷工況。

圖8 相繼增壓系統(tǒng)全工況控制策略

圖9示出了可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方案的驗證結(jié)果。可以看出，所匹配的可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)可以在最大穩(wěn)定轉(zhuǎn)速、最大扭矩點(diǎn)以及標(biāo)定轉(zhuǎn)速這3個典型工況實現(xiàn)3.1節(jié)中相應(yīng)的柴油機(jī)扭矩、燃油消耗率和過量空氣系數(shù)等匹配目標(biāo)。

圖9 可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方案試驗驗證

依據(jù)全工況燃油消耗率試驗結(jié)果，以燃油消耗率最低為目標(biāo)，確定了可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的全工況控制策略(見圖10)。在中低轉(zhuǎn)速、中高負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，高壓級增壓器效率較高，此時增壓系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)行于普通兩級模式。高負(fù)荷時隨著轉(zhuǎn)速提高，要逐漸打開高壓級渦輪旁通閥旁通掉一部分排氣來降低增壓壓力和相應(yīng)的渦前壓力，增壓系統(tǒng)運(yùn)行于可調(diào)兩級模式。中間負(fù)荷時，隨著轉(zhuǎn)速提高，空氣量逐漸充足，為降低泵氣損失，增壓系統(tǒng)為低壓級增壓器單獨(dú)運(yùn)行模式。轉(zhuǎn)速負(fù)荷繼續(xù)增加會進(jìn)一步提升增壓壓力，如果大于廢氣旁通閥的彈簧預(yù)緊力，廢氣旁通閥將逐漸打開以限制增壓壓力，此時增壓系統(tǒng)運(yùn)行于低壓級增壓器+放氣閥制動模式。

圖10 可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)全工況控制策略

4 結(jié)束語

本研究通過建立壓氣機(jī)通流特性模型，進(jìn)行了雙渦輪增壓系統(tǒng)匹配方法研究，確定了相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)匹配方法，并進(jìn)行了應(yīng)用實例計算和相應(yīng)的試驗驗證。所建立的壓氣機(jī)通流特性模型具有足夠的計算精度，結(jié)合性能指標(biāo)函數(shù)分析方法可以指導(dǎo)渦輪增壓系統(tǒng)匹配方案的確定；針對柴油機(jī)的主要性能指標(biāo)要求，基于壓氣機(jī)通流特性模型通過合適的匹配流程可以完成相繼或可調(diào)兩級等雙渦輪增壓系統(tǒng)的選型；通過柴油機(jī)相繼和可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)的性能試驗驗證，所匹配的增壓系統(tǒng)實現(xiàn)了相應(yīng)柴油機(jī)性能指標(biāo)要求，可以滿足柴油機(jī)全工況壓比和流量需求。

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[編輯： 姜曉博]

Matching Method of Compressor Flow Characteristics for Dual Turbocharger System

XIE Haijiang1， LI Hualei2，3， XING Weidong4

(1. Automobile Engineering Department， Zhengzhou Technical College， Zhengzhou 450121， China；2. Key Laboratory for Power Machinery & Engineering of Ministry of Education，Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240， China；3. AECC Commercial Aircraft Engine Co., Ltd., Shanghai 200241, China; 4. China North Engine Research Institute (Tianjin), Tianjin 300400, China)

A compressor flow characteristic model was built to characterize the throttling line through the analysis of centrifugal compressor map. Based on the model, the performance index function was proposed to help the determination of matching scheme for typical working conditions of automobile diesel engine. The matching process and corresponding matching method were established for dual turbocharger system. Then the calculation of sequential turbocharging and two-stage turbocharging system and their turbocharger selection were conducted according to the performance indexes of a 6-cylinder diesel engine at different working conditions. Finally, the scheme of dual turbocharge system was verified by the built test bench. The experimental results show that the matched sequential and two-stage turbocharging systems can meet the requirements of pressure ratio and mass flow rate at different typical working conditions. The expecting performance index can also be achieved at different conditions, therefor the turbocharging system can apply to the whole conditions. In the end, the optimum fuel economy control strategies of whole working conditions are determined with the test results.

diesel engine; sequential turbocharging system； two-stage turbocharging system; compressor; flow characteristic; matching method

2016-08-18；

2016-12-05

謝海江(1978—)，男，講師，主要研究方向為內(nèi)燃機(jī)性能優(yōu)化；haijiangsky@126.com。

10.3969/j.issn.1001-2222.2017.01.007

TK421.8

B

1001-2222(2017)01-0035-07