曲興年 湯書(shū)芳

摘要：本文主要是介紹借助AVL BOOST軟件進(jìn)行柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配性能模擬計(jì)算。

Abstract： This paper mainly introduces the simulation calculation of matching performance between diesel engine and turbocharger with AVL BOOST software.

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);渦輪增壓器;AVL BOOST

Key words： engine;turbocharger;AVL BOOST

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.135? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0020-02

0? 引言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)模擬仿真技術(shù)的日益成熟，發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)又邁向了一個(gè)新的臺(tái)階。發(fā)動(dòng)機(jī)模擬仿真技術(shù)可以節(jié)約大量的人力物力。本文為節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源、人力及時(shí)間，借助AVL BOOST軟件進(jìn)行柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配性能模擬計(jì)算。

1? BOOST基本模型建立

在建立BOOST基本模型時(shí)，需要大量的工作邊界條件和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，比如：發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的邊界條件、增壓器參數(shù)、中冷器參數(shù)及進(jìn)排氣管等管道參數(shù)等。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)體布局和元件布置，在軟件中建立了計(jì)算模型。如圖1所示。

本文采用了簡(jiǎn)化模式計(jì)算，需要的參數(shù)有壓氣機(jī)壓比、壓氣機(jī)效率、渦輪增壓器效率。選擇了2款渦輪增壓器進(jìn)行匹配，通過(guò)模擬計(jì)算，比較出與發(fā)動(dòng)機(jī)較優(yōu)匹配的增壓器，現(xiàn)介紹2款渦輪增壓器的相關(guān)參數(shù)：

1號(hào)渦輪增壓器為單級(jí)廢氣渦輪增壓器，壓氣機(jī)特性圖如圖2所示，從圖2中可以看出壓氣機(jī)最高轉(zhuǎn)速為160000r/min，壓氣機(jī)最大效率為75%，壓氣機(jī)最大流量0.20m3/s。2號(hào)渦輪增壓也為單級(jí)廢氣渦輪增壓器，壓氣機(jī)特性圖如圖3所示，從圖3中可以看出，壓氣機(jī)最高轉(zhuǎn)速181000r/min，壓氣機(jī)最大效率為80%，壓氣機(jī)最大流量0.19m3/s。

模擬計(jì)算時(shí)選擇簡(jiǎn)化模型進(jìn)行仿真，由于2個(gè)渦輪增壓器都是廢氣旁通式增壓器，所以計(jì)算模式選擇廢氣旁通模式。

2? 模擬結(jié)果

在進(jìn)行不同的渦輪增壓器模擬計(jì)算之后，通過(guò)對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)功率，扭矩性能參數(shù)以及比油耗等經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，來(lái)對(duì)比不同渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配效果。下面是2款渦輪增壓器的模擬結(jié)果對(duì)比。

2.1 增壓壓力預(yù)測(cè)? 圖4為全負(fù)荷時(shí)增壓壓力的曲線。從圖4中可以看出，2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力全都大于1號(hào)渦輪增壓器。在額定點(diǎn)2900r/min時(shí)，1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.3bar，2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.4bar。其中，2號(hào)渦輪增壓器增壓壓力最大值為2.42bar，1號(hào)渦輪增壓器為2.3bar。在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)1800r/min時(shí)，1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.98bar，2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.05bar。在轉(zhuǎn)速1600r/min，1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.79bar，2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.98bar。

2.2 性能預(yù)測(cè)

圖5是兩款增壓器功率模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)于功率而言，兩款增壓器都達(dá)到了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的設(shè)定性能目標(biāo)95kW，其中1號(hào)渦輪增壓器為95.6kW，2號(hào)渦輪增壓器為95.8kW整體功率曲線也符合柴油機(jī)功率曲線分布規(guī)律。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2000r/min時(shí)，1號(hào)渦輪增壓器的功率小于2號(hào)渦輪增壓器，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2900r/min時(shí)，1號(hào)渦輪增壓器的功率大于2號(hào)渦輪增壓器。

圖6為兩款渦輪增壓器模擬計(jì)算的外特性扭矩值。對(duì)于扭矩而言，兩款增壓器在1900r/min額定轉(zhuǎn)速時(shí)都能達(dá)到380N·m的設(shè)定目標(biāo)，從圖6中可以看出，1號(hào)渦輪增壓器的最大扭矩為383.8N·m;2號(hào)渦輪增壓器的最大扭矩為384.6N·m。2號(hào)渦輪增壓器最大扭矩大于1號(hào)渦輪增壓器。2號(hào)渦輪增壓器在1600r/min時(shí)，就可以輸出380N·m最大扭矩，且扭矩可以維持到1800r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)從1000r/min到1900r/min時(shí)，2號(hào)渦輪增壓器的模擬扭矩都大于1號(hào)渦輪增壓器的扭矩，轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2900r/min時(shí)，1號(hào)渦輪增壓器的模擬扭矩都大于2號(hào)渦輪增壓器。

2.3 油耗預(yù)測(cè)

圖7為兩款渦輪增壓器模擬計(jì)算的比油耗值。從圖7中可以看出，對(duì)于外特性最低比油耗點(diǎn)目標(biāo)200g·（kW·h）而言，匹配兩款增壓器都能達(dá)到這個(gè)工程設(shè)定目標(biāo)。1號(hào)渦輪增壓器外特性最低油耗為200.2g·（kW·h），勉強(qiáng)達(dá)到工程設(shè)定目標(biāo)。2號(hào)渦輪增壓器外特性最低點(diǎn)油耗為198.9g·（kW·h）。1號(hào)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的比油耗為222.9g·（kW·h），2號(hào)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的比油耗為223.8g·（kW·h），2號(hào)渦輪增壓器在額定點(diǎn)的比油耗要高于1號(hào)渦輪增壓器。在發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速區(qū)間1000-2000r/min，2號(hào)渦輪增壓器的耗油明顯低于1號(hào)渦輪增壓器。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)2000后，1號(hào)渦輪增壓器的油耗低于2號(hào)渦輪增壓器。

3? 結(jié)論

通過(guò)模型搭建和計(jì)算分析比較發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、比油耗等參數(shù)得出以下結(jié)論：在流量接近時(shí)，高效率增壓器對(duì)性能的貢獻(xiàn)率較高，2號(hào)渦輪增壓器，可以滿足功率扭矩目標(biāo)，能達(dá)到油耗設(shè)定目標(biāo)，增壓能力優(yōu)于1號(hào)渦輪增壓器。通過(guò)對(duì)比1，2號(hào)渦輪增壓器的功率、扭矩、油耗等參數(shù)后，認(rèn)為2號(hào)渦輪增壓器匹配發(fā)動(dòng)機(jī)后，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

參考文獻(xiàn)：

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