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1、李舒春楊傳雷石凡王銀燕：帶有進(jìn)排氣旁通的某型柴油機(jī)性能仿真研究水—父—，c—父—，c—父—父—％《設(shè)計(jì)研究》哇r1盯—)f，)f—)f—af—珊帶有進(jìn)排氣旁通的某型柴油機(jī)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(jī)重工有限公司2．哈爾濱工程大學(xué))[摘要]相繼增壓和進(jìn)排氣旁通相結(jié)合的復(fù)合增壓技術(shù)(STC—CAB)是拓寬增壓柴油機(jī)運(yùn)行區(qū)域，優(yōu)化增壓器與柴油機(jī)匹配
2、的重要技術(shù)措施。為了分析STC—CAB系統(tǒng)對(duì)某型柴油機(jī)性能的影響，基于GT—POWER仿真平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明：STC—CAB系統(tǒng)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離壓氣機(jī)喘振區(qū)，有效擴(kuò)大柴油機(jī)中低速運(yùn)行區(qū)域，改善低速大扭矩性能，使渦輪進(jìn)口溫度大幅度下降。[關(guān)鍵詞]柴油機(jī)相繼增壓進(jìn)排氣旁通仿真Keywords：NletandExhaustBypass；SequentialTurbocharing；PerformanceofDieselEngine0引言隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)柴油機(jī)性能的要求也越來越高。與相繼增壓技術(shù)一樣，進(jìn)排氣旁通(CAB)技術(shù)也是優(yōu)化
3、渦輪增壓器與柴油機(jī)之間的匹配、改善柴油機(jī)性能有效方式之一。本文以帶有進(jìn)排氣旁通的相繼增壓柴油機(jī)為研究對(duì)象，計(jì)算分析進(jìn)排氣旁通對(duì)相繼增壓柴油機(jī)性能的影響，揭示復(fù)合增壓系統(tǒng)的優(yōu)越性。1CAB—STC系統(tǒng)原理進(jìn)排氣旁通fCAB)是指通過開啟旁通閥使壓氣機(jī)出口的一部分空氣不經(jīng)過氣缸而直接進(jìn)入渦輪，通過合理的控制旁通空氣量，使部分負(fù)荷時(shí)柴油機(jī)與增壓器的匹配運(yùn)行線遠(yuǎn)離喘振線而位于更佳效率區(qū)，同時(shí)較大幅度降低了渦輪進(jìn)口溫度，從而改善柴油機(jī)性能。相繼增壓與進(jìn)排氣旁通渦輪增壓系統(tǒng)(STC—CAB)是STC系統(tǒng)和CAB技術(shù)的結(jié)合。STC—CAB系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：柴油機(jī)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(jī)喘振現(xiàn)象的發(fā)生；有效的擴(kuò)大柴油機(jī)功率運(yùn)行范圍；減小柴油機(jī)的熱負(fù)荷，降低NOx排放：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)。2仿真模型的建立與驗(yàn)證在GT—Power軟件環(huán)境中建立增壓柴油機(jī)仿真模型，排氣管內(nèi)流動(dòng)采用前述基于交錯(cuò)網(wǎng)格的有限體積法進(jìn)行計(jì)算；缸內(nèi)模型采用容積法，以三韋伯半經(jīng)驗(yàn)公式來模擬燃燒放熱規(guī)律，缸內(nèi)周壁傳熱采用Woschni模型：柴油機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速與缸內(nèi)爆發(fā)壓力的函數(shù)：壓氣機(jī)與渦輪特性采用工廠提供的試驗(yàn)曲線，數(shù)組存人，插值求取。圖1為采用四臺(tái)增壓
5、器相繼增壓后的柴油機(jī)模型，排氣管采用自定義編制的一維流動(dòng)程序進(jìn)行計(jì)算，其余部件則采用GT—Power中的模塊進(jìn)行建模?！窭伲粆‘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(tái)增壓器相繼增壓的柴油機(jī)模型2內(nèi)燃機(jī)與配件2013年第12期為驗(yàn)證前述計(jì)算模型在整機(jī)性能研究中的有效性，按照標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳特性對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)工作過程計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，各性能參數(shù)的計(jì)算值與試驗(yàn)值均基本吻合，除了25％負(fù)荷時(shí)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(jī)模型計(jì)算準(zhǔn)確，各邊界條件處理合理。圖2和圖3則為柴油機(jī)標(biāo)定工況下缸內(nèi)壓力變化曲線對(duì)比，由于計(jì)算曲線與試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行增壓柴油機(jī)性能仿真研究。0∞’∞1∞2403100360420瑚湘鯽嘲72【C—瞳蛐fC^)圖2標(biāo)定工況下的缸內(nèi)壓力試驗(yàn)值曲線曲軸轉(zhuǎn)fn．(’A圖3標(biāo)定工況下的缸內(nèi)壓力計(jì)算值曲線3GAB對(duì)柴油機(jī)性能影響研究計(jì)算將基于GT—POWER發(fā)動(dòng)機(jī)仿真軟件進(jìn)行，為較全面研究CAB對(duì)增壓柴油機(jī)性
7、能的影響．分別對(duì)各運(yùn)行狀態(tài)下柴油機(jī)打開旁通閥時(shí)的萬有特性進(jìn)行計(jì)算。柴油機(jī)的運(yùn)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(jìn)口溫度以及增壓器轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制之外，還應(yīng)滿足進(jìn)氣增壓壓力大于渦輪進(jìn)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(jìn)口。從而實(shí)現(xiàn)CAB功能。3．1運(yùn)行范圍分析通過計(jì)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(jī)以1TC狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，不宜啟用CAB。柴油機(jī)分別在2TC、3TC以及4TC運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，CAB技術(shù)并不能在柴油機(jī)的全轉(zhuǎn)速全負(fù)荷范圍內(nèi)使用，在柴油機(jī)
8、的低轉(zhuǎn)速以及低負(fù)荷范圍內(nèi)，由于渦輪廢氣能量不足，壓氣機(jī)提供的增壓壓力低于渦輪進(jìn)口壓力，也不滿足進(jìn)排氣旁通條件
