周波，雷蕾，孫影，趙真真

(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽合肥 230601)

基于AVL-BOOST軟件的某柴油機(jī)增壓器匹配分析

周波，雷蕾，孫影，趙真真

(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽合肥 230601)

基于AVL-BOOST軟件，搭建某柴油機(jī)熱力學(xué)仿真模型，通過模型標(biāo)定，分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合良好，證明計算模型的準(zhǔn)確性。在標(biāo)定模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo)性能，對4款增壓器進(jìn)行匹配分析，對比4款增壓器的聯(lián)合運行曲線，選擇最優(yōu)的增壓器，為增壓器的選型提供指導(dǎo)。

柴油機(jī)；模型標(biāo)定；增壓器匹配

0 引言

目前，絕大部分柴油機(jī)和相當(dāng)比例的高性能汽油機(jī)都采用增壓技術(shù)，其特點是增壓后的功率可比原機(jī)提高40%～60%，發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放也有所改善[1]。為此，渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著越來越嚴(yán)格的排放與節(jié)能法規(guī)的出臺，渦輪增壓技術(shù)也在不斷地發(fā)展，有關(guān)渦輪增壓方面的新技術(shù)和新方案不斷涌現(xiàn)，這使得渦輪增壓器的匹配在發(fā)動機(jī)性能開發(fā)中占據(jù)了越來越重要的地位。使用AVL-BOOST可以方便高效地進(jìn)行渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)的匹配計算，進(jìn)一步對渦輪增壓器進(jìn)行選型[2-4]。

基于AVL-BOOST分析軟件，對某柴油機(jī)搭建熱力學(xué)仿真模型，根據(jù)供應(yīng)商提供的增壓器MAP數(shù)據(jù)，結(jié)合目標(biāo)性能，分析不同增壓器的匹配狀態(tài)，為增壓器的設(shè)計選型提供指導(dǎo)和建議。

1 計算模型

1.1 模型搭建

根據(jù)發(fā)動機(jī)各零部件實際尺寸和性能特性搭建BOOST分析模型，如圖1所示。根據(jù)性能目標(biāo)，分析4款增壓器(簡稱TC1、TC2、TC3、TC4)的匹配狀態(tài)，便于進(jìn)行增壓器選型。

圖1 BOOST計算模型

1.2 模型標(biāo)定

校核模型采用TC1增壓器，并根據(jù)對應(yīng)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行模型標(biāo)定，標(biāo)定參數(shù)包括空氣流量、功率、扭矩、比油耗、進(jìn)排氣溫度和壓力等，驗證搭建模型的準(zhǔn)確性和可靠性。模型標(biāo)定結(jié)果如圖2—9所示。

可以看出：分析所用模型中發(fā)動機(jī)空氣流量、功率、扭矩、比油耗、進(jìn)氣壓力損失、排氣溫度、壓力等標(biāo)定數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)能夠較好地吻合，驗證了模型搭建的準(zhǔn)確性和可靠性，能進(jìn)行下一步的匹配和數(shù)據(jù)分析。

圖2 空氣流量標(biāo)定結(jié)果

圖3 功率標(biāo)定結(jié)果

圖4 扭矩標(biāo)定結(jié)果

圖5 比油耗標(biāo)定結(jié)果

圖6 渦前溫度標(biāo)定結(jié)果

圖7 渦后壓力標(biāo)定結(jié)果

圖8 中冷后氣體溫度標(biāo)定結(jié)果

圖9 中冷器壓力損失標(biāo)定結(jié)果

2 增壓器匹配分析

在以上標(biāo)定模型基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升發(fā)動機(jī)低端動力性，增加3款增壓器進(jìn)行匹配分析，以保證動力性提升的同時增壓器的匹配狀態(tài)良好。

2.1 匹配性能結(jié)果分析

進(jìn)行增壓器匹配分析時，保證額定轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣損失、背壓、排溫一致，同時為了對比4款增壓器下發(fā)動機(jī)性能的優(yōu)劣，過量空氣系數(shù)目標(biāo)與目標(biāo)性能對應(yīng)的過量空氣系數(shù)相同。4款增壓器下發(fā)動機(jī)扭矩、功率、比油耗和增壓器效率計算結(jié)果如圖10—15所示。

圖10 功率計算結(jié)果

圖11 扭矩計算結(jié)果

圖12 比油耗計算結(jié)果

圖13 增壓器總效率計算結(jié)果

圖14 壓氣機(jī)效率計算結(jié)果

圖15 渦輪機(jī)效率計算結(jié)果

圖10、圖11中TC1和TC2增壓器對應(yīng)的功率、扭矩滿足目標(biāo)性能，計算結(jié)果數(shù)值一致，因此TC1和TC2曲線重合。

從整機(jī)性能計算結(jié)果可以看出：在發(fā)揮增壓器最大潛能的前提下，動力性匹配上TC1和TC2增壓器均能滿足目標(biāo)性能的需要，而TC3和TC4增壓器在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速下均達(dá)不到目標(biāo)要求，4個增壓器中，TC4的匹配性能表現(xiàn)更差；從經(jīng)濟(jì)性匹配上可以看出，TC1和TC2增壓器匹配使得整機(jī)比油耗相對較低，4個增壓器中，TC2增壓器的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)更好。

從增壓器效率計算結(jié)果可以看出：TC1和TC4增壓器的總效率相對較低，TC3增壓器的高轉(zhuǎn)速區(qū)效率低于TC2增壓器；從壓氣機(jī)和渦輪機(jī)效率計算結(jié)果可以看到，TC2增壓器在全轉(zhuǎn)速段的效率較其他增壓器好，從而TC2增壓器匹配的經(jīng)濟(jì)性相對較好。

因此，從性能計算結(jié)果得出，TC2增壓器匹配結(jié)果滿足目標(biāo)動力性，同時經(jīng)濟(jì)性相對較好，在增壓器匹配上表現(xiàn)更好。

2.2 增壓器MAP匹配結(jié)果分析

從4個增壓器的聯(lián)合運行線(圖16—19)可以看出：

TC1增壓器在整機(jī)低轉(zhuǎn)速區(qū)靠近喘振線，中高轉(zhuǎn)速靠近最高效率區(qū)，高轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離增壓器的最大轉(zhuǎn)速線和阻塞線；

TC2增壓器在整機(jī)低轉(zhuǎn)速區(qū)與喘振線有較大裕度，高轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離阻塞線和最大轉(zhuǎn)速線，中高轉(zhuǎn)速穿過增壓器的高效率區(qū)；

TC3和TC4增壓器在整機(jī)低轉(zhuǎn)速區(qū)與喘振線有較大裕度，中高轉(zhuǎn)速穿過增壓器的高效率區(qū)，但高轉(zhuǎn)速靠近增壓器最大轉(zhuǎn)速線，對整車高原行駛不利。

因此，從4個增壓器MAP匹配結(jié)果可以得出，TC2增壓器的匹配效率較好。

圖16 TC1聯(lián)合運行線

圖17 TC2聯(lián)合運行線

圖18 TC3聯(lián)合運行線

圖19 TC4聯(lián)合運行線

3 結(jié)論

(1)基于AVL-BOOST軟件，搭建了分析模型，并對模型進(jìn)行標(biāo)定，驗證了分析模型的準(zhǔn)確性。

(2)對比4個增壓器的性能匹配，TC3和TC4增壓器低速和高速區(qū)不滿足目標(biāo)性能，TC1和TC2增壓器均能滿足目標(biāo)性能，但TC2增壓器效率相對較高，經(jīng)濟(jì)性相對較好。

(3)分析增壓器MAP的聯(lián)合運行線，TC1增壓器在發(fā)動機(jī)低速區(qū)表現(xiàn)較差，TC3和TC4增壓器在發(fā)動機(jī)高速區(qū)存在超速風(fēng)險，且對車輛高原行駛不利，TC2增壓器在發(fā)動機(jī)全速上均表現(xiàn)較好。

綜上所述，TC2增壓器在4款增壓器中匹配結(jié)果較好，建議選用TC2增壓器。

[1]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]顏平濤,王超,楊陳,等.基于AVL-BOOST軟件汽油機(jī)增壓器匹配研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2013,42(3):10-15.

YAN P T,WANG C,YANG C,et al.A Study on Turbocharger Matching of a Gasoline Engine Based on AVL-BOOST[J].Small Internal Combustion Engine and Motorcycle,2013,42(3):10-15.

[3]高冬冬,王軍.某柴油機(jī)增壓器匹配計算[J].汽車零部件,2015(12):41-45.

GAO D D,WANG J.Turbocharger Matching and Calculation for a Diesel Engine[J].Automobile Parts,2015(12):41-45.

[4]梅芬,王軍.某國Ⅴ柴油機(jī)增壓器匹配計算[J].汽車制造業(yè),2013(13):42-44.

TurbochargerMatchingandAnalysisforaDieselEngineBasedonAVL-BOOST

ZHOU Bo，LEI Lei，SUN Ying，ZHAO Zhenzhen

(Anhui Jianghuai Automobile Group Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Base on AVL-BOOST software, the thermodynamics simulation model of a diesel engine was established. By calibrating this model, the calculated results had a good agreement with test data, which verified the accuracy of the calculated model. On the basis of the calculated model and the same target of performance, match analyses were done for four turbochargers. The union operation curves of the four turbochargers were compared, and the best match was chosen. This analysis has a good guidance for the selection of turbocharger.

Diesel engine；Model calibration；Turbocharger matching

2017-08-12

周波，男，碩士，專業(yè)方向為材料加工工程。E-mail:915zhoubo@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.009

U262.11

A

1674-1986(2017)12-038-04