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1、李舒春楊傳雷石凡王銀燕：帶有進排氣旁通的某型柴油機性能仿真研究水—父—，c—父—，c—父—父—％《設計研究》哇r1盯—)f，)f—)f—af—珊帶有進排氣旁通的某型柴油機性能仿真研究SimulationonPerformanceofSequentialTurbochargingDieselEnginewithInletandExhaustBypassSystem李舒春1楊傳雷2石凡2王銀燕2(1．陜西柴油機重工有限公司2．哈爾濱工程大學)[摘要]相繼增壓和進排氣旁通相結合的復合增壓技術(STC—CAB)是拓寬增壓柴油機運行區(qū)域，優(yōu)化增壓器與柴油機匹配
2、的重要技術措施。為了分析STC—CAB系統(tǒng)對某型柴油機性能的影響，基于GT—POWER仿真平臺對其進行了仿真研究。結果表明：STC—CAB系統(tǒng)可以使發(fā)動機運行點遠離壓氣機喘振區(qū)，有效擴大柴油機中低速運行區(qū)域，改善低速大扭矩性能，使渦輪進口溫度大幅度下降。[關鍵詞]柴油機相繼增壓進排氣旁通仿真Keywords：NletandExhaustBypass；SequentialTurbocharing；PerformanceofDieselEngine0引言隨著社會的不斷發(fā)展，對柴油機性能的要求也越來越高。與相繼增壓技術一樣，進排氣旁通(CAB)技術也是優(yōu)化
3、渦輪增壓器與柴油機之間的匹配、改善柴油機性能有效方式之一。本文以帶有進排氣旁通的相繼增壓柴油機為研究對象，計算分析進排氣旁通對相繼增壓柴油機性能的影響，揭示復合增壓系統(tǒng)的優(yōu)越性。1CAB—STC系統(tǒng)原理進排氣旁通fCAB)是指通過開啟旁通閥使壓氣機出口的一部分空氣不經(jīng)過氣缸而直接進入渦輪，通過合理的控制旁通空氣量，使部分負荷時柴油機與增壓器的匹配運行線遠離喘振線而位于更佳效率區(qū)，同時較大幅度降低了渦輪進口溫度，從而改善柴油機性能。相繼增壓與進排氣旁通渦輪增壓系統(tǒng)(STC—CAB)是STC系統(tǒng)和CAB技術的結合。STC—CAB系統(tǒng)具有以下特點：柴油機與
4、渦輪增壓器之間的匹配更加優(yōu)化，能有效的避免壓氣機喘振現(xiàn)象的發(fā)生；有效的擴大柴油機功率運行范圍；減小柴油機的熱負荷，降低NOx排放：結構簡單可靠，易于實現(xiàn)。2仿真模型的建立與驗證在GT—Power軟件環(huán)境中建立增壓柴油機仿真模型，排氣管內流動采用前述基于交錯網(wǎng)格的有限體積法進行計算；缸內模型采用容積法，以三韋伯半經(jīng)驗公式來模擬燃燒放熱規(guī)律，缸內周壁傳熱采用Woschni模型：柴油機平均摩擦壓力采用Chen—Fly．nn模型，即平均摩擦損失壓力是柴油機轉速與缸內爆發(fā)壓力的函數(shù)：壓氣機與渦輪特性采用工廠提供的試驗曲線，數(shù)組存人，插值求取。圖1為采用四臺增壓
5、器相繼增壓后的柴油機模型，排氣管采用自定義編制的一維流動程序進行計算，其余部件則采用GT—Power中的模塊進行建模。●蕾；}‘4—1卜皇．。寸!窿蘩卜書胃一節(jié)圉卜罅卜1卜嘈H卜吲卜一崔#===：。：：==二2=====一●“—t二--7r7廣L一一．童I}一；一U一一!—}一!．。3自b6圖1采用四臺增壓器相繼增壓的柴油機模型2內燃機與配件2013年第12期為驗證前述計算模型在整機性能研究中的有效性，按照標準螺旋槳特性對其進行了穩(wěn)態(tài)工作過程計算。計算結果表明，各性能參數(shù)的計算值與試驗值均基本吻合，除了25％負荷時渦輪出El溫度的誤差為5．94％外．
6、其它各參數(shù)各工況下的誤差均在1％左右．說明柴油機模型計算準確，各邊界條件處理合理。圖2和圖3則為柴油機標定工況下缸內壓力變化曲線對比，由于計算曲線與試驗曲線基本上重合，為清晰起見，將兩者分成兩幅圖來表示，該圖進一步說明了模型的正確性，利用本文所介紹的建模方法能夠有效的進行增壓柴油機性能仿真研究。0∞’∞1∞2403100360420瑚湘鯽嘲72【C—瞳蛐fC^)圖2標定工況下的缸內壓力試驗值曲線曲軸轉fn．(’A圖3標定工況下的缸內壓力計算值曲線3GAB對柴油機性能影響研究計算將基于GT—POWER發(fā)動機仿真軟件進行，為較全面研究CAB對增壓柴油機性
7、能的影響．分別對各運行狀態(tài)下柴油機打開旁通閥時的萬有特性進行計算。柴油機的運行區(qū)域除采用最大燃油齒條位置、氣缸最大爆發(fā)壓力、渦輪進口溫度以及增壓器轉速進行限制之外，還應滿足進氣增壓壓力大于渦輪進口壓力這一條件．即Pc／Pt>1，以保證增壓空氣通過旁通支管流向渦輪進口。從而實現(xiàn)CAB功能。3．1運行范圍分析通過計算發(fā)現(xiàn)。由于在1TC狀態(tài)下渦輪流通面積小。渦輪排氣背壓高，不滿足Pc／Pt>I的限制條件，故在柴油機以1TC狀態(tài)運行時，不宜啟用CAB。柴油機分別在2TC、3TC以及4TC運行狀態(tài)下時，CAB技術并不能在柴油機的全轉速全負荷范圍內使用，在柴油機
8、的低轉速以及低負荷范圍內，由于渦輪廢氣能量不足，壓氣機提供的增壓壓力低于渦輪進口壓力，也不滿足進排氣旁通條件
