柴油机可调二级涡轮增压系统研究
匹配EGR和二级增压系统的柴油机性能仿真
２ １ 二级增压 系统 方案 ． 图 ２为二级增 压 系统方 案 图 ， 高低 压 级增 压 器采 用
串联 方式布 置 ， 涡轮端 调节 阀 门采用 高压级 放 气 阀 门的 １ 以看 出 ， 拟 计 算 结 果 与 试 验 结 果 吻 合 很 好 ， 对 方案 ， 节 阀 门及 执行器 都集 成于 高压 级 涡轮 端 。废 气 可 模 相 调 误 差最 大 不超 过 ３ ， 模 型用 来对 柴 油机 进行 性 能预 旁通 阀主要 用于调 节通 过两级 涡轮 的废 气 流量 ， 整 高 该 调
第 ３ 卷 增 刊 １ ２１ ０ １年 １ Ｏ月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ Ｗ ＡＹ Ｌ ＬＯＣＯＭＯＴＩ ＬＣＡＲ ＶＥ ８
Ｖｏ Ｉ １ Ｓ ｐ ｌ ｌ３ ｕ ｐ ０ｃ ． ｔ ２ １ ０１
文 章 编 号 ：０ ８ ７ ４ （０ １ Ｏ ０ ０ —０ １ ０ — ８ ２ ２ １ ）Ｓ 一 １ ２ ４
柴油机 ， 主要 用 于重 型货 车 和 大 型客 车 ， 主 要 技术 参 其 数如表 １ 示 。仿 真计 算采 用 的是 ＧＴ Ｐ ｗｅ 软 件 ， 所 —ｏ ｒ 原
机计算 模 型 由气缸 、 气管 、 进 排气 管 、 中冷 器和 带有 放 气
阀 的废 气 涡轮增压 器 ５个系 统组成 ， 由于 软件 中没有膜
排 量／ Ｌ 压 缩 比
达到 欧Ⅳ 以上标 准 柴 油 机 主要 采 用 两种 技 术 路 线 降低 ＮＯｘ和 Ｐ 排 放 ＿ ］ （ ） 过 优 化 燃 烧来 降低 Ｐ 排 Ｍ １ ：１ 通 Ｍ
放， 再使 用选 择性 催 化 还 原 技 术 （ Ｃ 来 降低 ＮＯｘ排 Ｓ Ｒ）
参 数 值
高压 级 ： 低压级为 ６ ４ 并在各工况点对 两种 方案 进行 了 Ｅ ：， ＧＲ率和放气 阀开度优化仿真计算 。计 算结 果表明 ， 用 采
高强化两级涡轮增压柴油机匹配性能仿真研究
Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｗｉ ｔ ｈ Ｔｗｏ Ｓｔ ａ ｇ ｅ Ｔｕ ｒ ｂｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
Ｔ Ｉ ＡＮ Ｙｏ ｎ ｇ—ｗｅ ｉ ， ＹＡＮＧ Ｗ ｕ—ｌ ｉ ｎ ， ＤＡＩ Ｇｕｏ—ｙ ｏ ｎ ｇ ２，ＦＥＮＧ Ｙｏ ｎｇ—ｒ ｕｉ ｎ ｇ
田永维 ， 杨武林 ， 代 国勇 ， 冯永 明
（ １ ． 海军驻兴平地区军事代表室， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ０ ０ ；
２ ． 哈 尔滨 工程 大学 动 力与 能源工程 学院 ， 黑 龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ） 摘要 ： 本 文建立 了某高性 能 单级 涡轮 增 压 柴 油机 Ｇ Ｔ—Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ 性 能仿 真 模 型 ， 结 合 试验 数
中图分类 号 ： Ｔ Ｋ ４ ２ ３ ． ５ 文献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ３—６ ３ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５— ０ ０ ３ ２— ０ ５
Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ Ｍａ ｔ ｃ ｈｉ ｎｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｈｉ ｇ ｈ ｌ ｙ— — Ｉ ｎ ｔ ｅ ｎｓ ｉ ｉｅ ｆ ｄ Ｄｉ ｅ ｓ ｅ ｌ
据对 模型进 行 了校核 和验 证 。根 据 对原 型机仿 真模 拟计 算 结果 的分 析 ， 选取 Ｇ ａ ｒ ｒ ｅ ｔ ｔ 公司 Ｔ系 列 涡轮增 压 器 ， 为其 匹配 了两级 可控 涡轮 增压 系统 ， 并建 立相 应 的整机 性 能仿 真模 型 ， 在 此基 础上 研 究分析 了废 气 旁通 阀开度 变化 以及 高低 压级 增压 器分 别采 用 可变几何 涡轮 对整机 匹配
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ＧＴ — Ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ — ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ—
内燃机二级增压
优点
1、能够消除涡轮迟滞； 2、可根据工况和海拔的变化精确控制 增压压力。
缺点
1、电机转速不足； 2、增压器轴承剧烈振动； 3、电机受高排温可靠性差； 4、电机变工况加速潜力不足。
基于VGT二级涡轮可调增压系统（R2T）
优点
1、大幅提高低速转矩； 2、有效避免了增压器效率降低、压气 机喘振、涡轮超温和超速等问题。
共同点：两者都需要更大的安装空间或者其他零件
区别： 1、电驱动压气机增压器可以拓宽增压特性图，叶片转动惯量小，而 且机械和热负荷也相对较低； 2、电驱动废气涡轮增压器在可能量回收这一方面较有优势，但此功 能比较复杂，其有效性仍需要验证。
05
技术展望
技术展望
电辅助二级增压系统可以解决涡轮 增压柴油机低速扭矩不足、加速响 应滞后和碳烟排放的问题，在二级 增压系统中应用前景巨大。
国内适用于电动增压器的压气机设 计方法还不成熟；高速电机技术复 杂 、 成本高昂 , 国内高速电机与世 界先进水平还有一定距离。
电辅助二级增压系统应用前景巨大，尽管 存在技术上的障碍 , 但是相信随着研究的进 一步深化, 这些问题终究会得到解决,电辅助 涡轮增压技术会越来越成熟。
谢谢！
敬请老师批评指正
采用二级增压技术可以进一步改善发动机排 放。增大空气供应量，配合合适的供油压力 和规律，使之尽可能完全燃烧，减少CO、 HC、PM 等物质的排放；降低燃烧温度，使 得氮氧化物生成减少。
02
国内外状况
国内研究现状
Domestic Research Situation
01 北京理工大学
A、设计了结构紧凑的二级增 压系统，将调节阀集成在高压 级涡轮壳内部； B、对普通二级增压系统匹配 方法进行了研究，建立了设计 工况点匹配和其他工况点的评 价计算模型； C、对不同海拔下柴油机可调 二级增压系统的经济性调节方 法进行了研究。
车用柴油机可变喷嘴涡轮增压器电控系统研究
优点 ， 应用 范 围 日益 广泛 ， 目前 大 、 中型 载 重汽 车 及
２ ＶＮ 技 术 介 绍 Ｔ
传统 涡轮增压器 的喷 嘴截面积是 固定 的 ． 这样就 很难 同时满 足发动机在 低速和 高速时 的全面要 求
而 ＶＮ （ １ 的喷嘴截 面积是 可变 的 ． Ｔ图 ） 通过对 其精确
城 市公交 车 中柴油 机 占有着绝 对优 势 柴油 车 的普 及一 方 面加 重 了柴油 的消耗 ． 另一 方面 ． 柴油 机也 存 在 ＮＯ 和 微 粒 排 放 高 、 速 冒烟 、 污 染 环 境 等 现 加 易
控 制就能 很好 地解 决不 同工况 下对 柴油 机 的控 制要 求 。它 的工作原理是 ： 在发动机低速时 ， 通过关 闭喷嘴 环 以减小涡轮流通截面积 ． 而改善发动机低 速特 性 ： 从 当发动机高速时 ． 喷嘴环逐渐打开 ． 涡轮流 通截面积随 之增大 ． 废气的流速 减小 ． 使增压压力也相应变小 。采
了实 车 道 路 试 验 ， 出 了 Ｃ ６ Ｅ柴 油 机 Ｖ Ｔ电控 系统 的控 制 策 略和 最 优 ＭＡ 在 Ｖ Ｔ电控 系统 中采 用 适 合 于柴 找 ＡＤ Ｎ Ｐ Ｎ 油机 上 控 制 的 硬 件 电 路 和 ＰＤ 控制 算 法 ， Ｉ 以达 到对 Ｖ Ｔ喷 嘴 环 开 度 进 行 精 确 的控 制 。试 验 结 果表 明 ． 采 用普 通 涡 Ｎ 与 轮增 压 器 相 比 ， 用 Ｖ Ｔ电控 系统 可 以 提 高 柴 油机 扭 矩 ２ ％、 低 烟 度 ２ ％ ５ ％、 低 油耗 ５ 采 Ｎ ０ 降 ５ ～０ 降 ％。
Ｋｅ ｒ ｓＤｉ ｅ ｎ ｉｅ Ｖ ｒａ ｌ ｎ ｚｌ ｔｒ ｏ ｈ ｒ ｅ （ Ｔ） Ｅ ｅｔｏ ｉ ｏ ｔｏ ｙｔｍ， ｙｗｏ ｄ ： ｅ ｌ ｇｎ ， ａ ｉｂｅ ｏ ｚｅ ｕ ｂ ｃ ａ ｇ ｒ ＶＮ ， ｌｃｒ ｎｃｃ ｎｒ ｌ ｓｅ ｓ ｅ ｓ
重型柴油机两级涡轮增压技术研究和探讨
ｃ ｎ ｇ ｒｔ ｎ ｈ ｒｃｅｉｔ ｎ ｄ ａ ｔｇ ｎ Ｏ ｏ ．Ｔ ｉ ｒｉｌ ｌ ｓ ａｅ ｈ ｏ ｓｉ ｄ ｏ ｅｓａ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｗｏ ｓａｅ ｏ ｆ ｕ ａｉ ，ｃ ａａｔｒ ｉ ａ ｄ ａ ｖ ｎａ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｈｓａｔ ｅ ｉｕ ｔ ｔｓｔｅ ｄ ｍｅｔ ａ ｖ ｒｅ ｓａ ｐｉ ｔ ｆｔ ｔｇ ｄ ｉ ｏ ｓｃ ｃ ｌ ｒ ｃｎ ｃ ｏ
第 ６ 期 ２ １ 年１月 ０ ２ １
内燃机
Ｉ ｔｒ ａ ｍｂ ｓｉｎＥ ｇｎ ｓ ｎｅ ｌ ｎ Ｃｄ ｕ ｔ ｎ ｉｅ ｏ
Ｎｏ．６
Ｄｅ ． ０ １ ｃ ２ １
摘要 ：两级涡轮增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ技术能够显 著提 高柴油机的升功率 ，改善柴油机低速扭矩 ，降低排放和油耗 ，因此我们特从两 级涡轮
０ 前言
在 环 境 污 染 日益 严 重 和 能 源 日益 短 缺 的今 天 ，机 动车 污染 已成为 我 国空气 污染 的重要 来源 ，
高效 、节能 、环保是发动机技术发展 的主要 目 ，涡轮增压技术可大大改善发动机的动力性 、 标 经济性 ，降低尾气中的污染物排放 。我 国现有发动 机 采用 普通 带 阀增 压器 和高压 共 轨 ，Ｓ Ｒ，Ｅ Ｒ， Ｃ Ｇ Ｄ Ｃ Ｏ 等技术可满 足 国 Ⅲ、国Ⅳ排放 标 准要 Ｏ ，Ｐ Ｃ 求 ，但已较难满足国Ｖ排放标准。纵观 国际柴油机 技 术 发 展 路 线 ，可 变 几 何 截 面 涡 轮 增 压 技 术
增压技术的原理 、结构 、特点 和优势 等几个方面展开了分析 、研究和探讨 ， 举例说 明了国内外在两级涡轮增压技术 方面的
应用 ，并结合增 压器 开发实践指 出了两级涡轮增压技术开发的过程 和步骤 。 关键词 ：重型柴油机 ；两级 涡轮增压 ；技术研究 ；国Ｖ
柴油机涡轮增压器工作原理
柴油机涡轮增压器工作原理
柴油机涡轮增压器的工作原理是利用废气能量来提高进气量以提高发动机的效能。
涡轮增压器由两个关联的涡轮组成，一个被废气动力驱动，另一个驱动进气压缩机。
当柴油机燃烧燃料时，废气会通过排气管排出，其中一部分废气流经涡轮增压器的涡轮，将其推动旋转。
涡轮的旋转将通过轴连杆传动给进气压缩机，使其旋转，并将空气压缩后送入发动机的燃烧室。
由于经过压缩的空气容积减小，进入燃烧室的空气密度增加，从而提高燃烧效率和输出功率。
涡轮增压器工作时需要充足的废气流量和速度来提供足够的动力，因此在低转速或负载较小时，涡轮增压器的效能可能不如在高转速或负载时高。
机车柴油机可变涡轮增压技术开发与应用
消 ， 去应 用价 值 。 因此 ， 轮 效 率 下 降 幅度 应 控 制 在 ＶＴＧ增 压 器 后 ， 小 喷 嘴 规 格 ， 运 行 点 从 Ｐ 失 涡 调 使 移 到 ２ 以内 ， 油机 在 配 套点 （ 柴 即标 定 功 率 点 ） 的性 能 不 能 Ｐ ， 图 １ 轻松 解决 问题 。 见 ，
境 时 ， 油机 的排温 和油 耗就会 上 升 。环 境 条件 变 化越 柴
问 的喉 口尺寸 误 差 与 固定 喷 嘴 环 的基 本 接 近 。这 是 对
于采 用 ２台涡 轮增 压 器 的 柴 油机 保 证 各 气 缸工 作 平 衡
的前 提 。
大， 柴油机 性 能下 降就越 明显 。这是 废气 涡 轮增 压 器 的 压气 机特性 所决 定 的 ， 这对 传统 固定 喷 嘴结 构 的涡 轮增
按 照 国 家 标 准 规 定 内 燃 机 车 应 能 在 一 ４ 。 ０Ｃ～ ４ ℃ 的环 境 条 件 下 正 常使 用 ， 当环 境 温 度 超 过 ３ ℃ Ｏ 而 Ｏ 或海 拔超 过 ７ ０Ｉ 时 ， ０ ｌ 允许 进 行 功 率修 正 。但 实 际上 ， ｌ 内燃 机 车所处 的 运 用 环境 温 度 经 常 超 过 ４ ℃、 拔 高 Ｏ 海
目前 固定 喷 嘴 的涡 轮 增压 器 运 行 情 况 和对 未 来 新 增 压
以上 。
器 的可靠 性要 求 ， 故 障运行周 期应 至少 达到 ４ 无 ５万 ｋ 转速 超 限而将 柴油 机 功 率 降下 来 ， 样 海 拔越 高 ， 率 ｍ 这 功 （ ）配备 防尘 结构 ， 应风 沙 环 境 。机 车柴 油 机不 将运 行 点 从 Ｐ ５ 适 降 到 Ｐ ， 无 疑 提 高 了海 拔 修 正 的 高 ｚ则 同 于 电站 和船 舶用 柴 油 机 ， 仅 需 要考 虑 盐 雾 的影 响 ， 度 。 不
两级增压器 原理
两级增压器原理
两级增压器，也称为双涡轮增压技术或二级增压技术，是一种发动机增压技术。
其基本原理如下：
在低转速时，发动机废气排出后，首先经过高级增压器（小惯量涡轮），可以保证非常充足的扭矩。
随着转速不断攀升，排气量越来越大，大到达到高级增压器的最大值时，高级增压器旁通阀开启，更多的废气在继续推动低级增压器运转（大惯量涡轮）。
此时就是一组排气歧管同时带动两颗涡轮工作，所以二者可以相互进行叠加。
这种设计可以在不同的发动机转速下，提供最优的增压效果，从而提高发动机的性能。
在低转速下，小涡轮可以快速响应，提供足够的扭矩；在高转速下，大涡轮可以提供更大的排气量，从而提供更大的功率。
高速柴油机二级可调增压系统的设计计算方法
文章编号:1000-0925(2006)06-011-04270107高速柴油机二级可调增压系统的设计计算方法魏名山,尹子明,马朝臣(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)Calculation Methods for a Two Stage Turbocharging System ofa High Speed Diesel EngineWEI Ming shan,YIN Zi ming,MA Chao chen(Scho ol o f Mechanical and V ehicular Engineering,Beijing Institute of T echno logy ,Beijing 100081,China)Abstract:In this paper,calculations w ere perfo rmed for a regulated tw o stage turbocharg ing system o fa hig h speed and hig h pow er density diesel engine.T he calculation pro cess consisted of preliminary calcula tions,sim plified turbo charger model simulation and full mo del simulation.The simulation results show that the r eg ulated tw o stag e turbocharg ing system can prov ide high boost pressur e,w hich can be m aintained fr om the m ax imum to rque po int to the maximum po w er po int through the reg ulated functio n of the by pass v alv e.It is more suitable for the eng ine that the pressure ratio distribution betw een low pressure stage and hig h pressure stage is 5 5at the m ax imum to rque po int.摘要:为某高速高功率密度柴油机进行了可调二级增压系统的设计计算,主要进行了增压系统参数估算,增压系统简化模型计算和增压系统全模型计算。
涡轮增压器与柴油机匹配仿真研究
１ ． ２ 柴 油机 仿真 模 型
ｇ ｕ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉ ｔ ｓ ｖ ｅ ｒ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ．Ｔ ｈｅ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｍａ ｄｅ ｂｙ ａ ｎａ ｌ ｏ ｇ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ．
ｂ ｙ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ ． Ｔｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｂ ｕｉ ｌ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ＧＴ－ Ｐｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｓ ｄ ｅ ｍａ ｒ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ
大 缩短 了开 发周 期 。
为载体 ， 柴 油机 基本 参 数 如表 １所 示 ， 开 发 目标 侧
重 于柴 油 机经 济 性 的 提 升 ， 要 求 在 整 个 柴 油 机 运 行 范 围 内功 率 、 扭 矩 不 降低 的前 提 下 ， 最 大 扭矩 点 的 比油 耗 降低 ５ ％。
表 １ 原 机 技 术 参 数
技 术 参 数
型 号
本研 究应 用 Ｇ Ｔ — Ｓ ｕ ｉ ｔ ｅ软 件 包 中 的 Ｇ Ｔ － Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ 模 块 来 模 拟柴 油 机 与增 压 器 的 匹 配 ， 这 款 软 件 能 在开 发 初 期 某 些 参 数 不 足 的情 况 下 （ 如 涡 轮
两级增压柴油机增压器匹配方法与压比分配规律的研究
型 。采 用 Ｇ Ｔ—Ｐ ＯＷ Ｅ 软 件 建 立 了 某 柴 油 机 两级 增 压 系统 的仿 真模 型 ， 用 实 测 结 果 校 核 了 模 拟 计 算 ， 此 基 础 Ｒ 采 在 上 ， 用 模 拟 计 算 结 果 进 行 了 匹 配 模 型 的 考 核 ， 一 步 开 展 了 不 同 高 低 压 级 压 比分 配 对 两 级 增 压 柴 油 机性 能 的影 利 进 响规 律 分 析 ， 过 压气 机 和 涡 轮 运行 特性 的研 究确 定 了 最优 压 比分 配 的选 择 。 通
关键 词 压 比分 配 ；两级 增 压 ；匹配 方 法
文献标志码 ： Ａ 中 图分 类号 ： ４ ３ ５ ＴＫ ２ ．
高功率 密度 发 动 机 的 研发 需 求 促 进 了 高增 压 和超
高增 压系统 的 发 展 。两 级增 压 系 统 是 实现 高增 压 比和
表 １ 发 动 机 基本 技术 参数
—Ｔ ， ５ 则通过 改变 Ｔ 。 判 断 Ｔ 兰 丁。 此 为第二 层迭 来 ５，
采 用高 、 低压 级两 个 涡 轮增 压器 ， 分 别 在 高低 压 级 间 且
和发动机前装置中间冷却器 ， 如图 １ 所示。
李 胜达 （９ ７ ） ， １ ８ － ￣ 河北唐山人 ， 硕士生 （ 收稿 日期 ：ｏ １ ６ ７ ２ １ －０ －１ ）
ＭＡＮ 公 司研 制 的 ＮＡ—ＶＰ ８ ０两级 增压 柴油 机 ， 压 ４４ 在
比为 ４ ５ ５时 ， 轮 增压 器 总效 率 最 高 可 达 ７ ％＿ 。 ．～ 涡 Ｏ ５ ］ 在 两极 增压 系统设 计 中 ， 高低 压级 的压 比分配 对增 压 器 的匹 配至关 重要 。国 内外 学 者 对 两级 增 压 匹 配 的 计 算
军舰动力装置概况-柴油机
军舰动力装置概况-柴油机军舰动力装置概况——柴油机柴油机作为主动力装置在舰艇上得到广泛应用已有50多年历史。
为了提高市场竞争力，世界的柴油机制造厂出现了兼并或联合组成大行业集团，所以目前只有少数几家能制造舰艇高速大功率柴油机。
它们是德国的MTU公司、法国的SEMTPielstick公司、意大利的GMT公司和英国的Paxman公司等。
其中德国的MTU公司的舰艇柴油机，由于系列完整、功率覆盖面广、通用性强、寿命长、低负荷性能好和起动方便等优点而占据世界舰用柴油主机的绝大部分市场，雄居主导地位。
这些年来，除了MTU公司新开发了595系列柴油机和GMT公司在B230.2DVM型柴油机上发展了A250.16HVM型柴油机外，新型高速大功率柴油机发展较平稳，多数是在原来机型的基础上进一步完善提高，扩大用途。
就是说，继承并发展各自的技术特色，进行系列化设计，通过机型变型来扩大用途，如MTU396机废气涡轮增压用于潜艇，396系列机继04型后又推出TE型；595系列机有9种变型机。
PielstickPA4-200型机功率提高后由VG型发展成VGA型，采用复合增压用于潜艇等。
有的发展成长冲程以扩大用途，如GMT公司的B230/BL230、法国S.A.C.M公司的UD45/UD50、Pielstick公司的PA6B-STC等。
舰用高速大功率柴油机由于其应用范围的特殊性和使用条件的限制，使它们的技术难度极大。
一方面要求具有较高转速、大功率、结构紧凑、坚实耐冲击、重量轻、体积小、比功率大、工作可靠并同时保持相应的经济性，使用寿命和维修方便；另一方面在性能上必须机动性好，起动时不冒白烟，运行中不冒黑烟和低工况性能好。
随着柴油机技术的发展，舰用柴油机在性能、可靠性和装舰技术方面已取得明显的进展，单机功率比过去同型机功率提高30％以上，意大利GMTA250.20HVM型机最大功率7750kW，德国MTU-24V1163-93型机最大功率8824kW，法国SEMT-Pielstick20VPA6-280BTS 型机10％超负荷功率可达9705kW。
柴油机涡轮增压测量分析系统研制
第 ３ 卷 第 ５期 １
２０ ０ ７年 １ 月 Ｏ
武汉理－大学学报鸯 差 ｒ （ ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｎｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｈ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｙ
（ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｎ Ｓ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒａｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｏ ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
测量分析 系统 的设 计 与开发
柴 油 机 增 压 系 统 的框 图如 图 １所 示 ． 压 器 增 的 涡 轮 由柴 油 机 排 除 的废 气 驱 动带 动 压气 机 ， 为
收 稿 日期 ｌ０ ７０ —３ ２ ０ —４１
高 潮 ； ， ８岁 ， 士 ， 师 ， 要 研究 柴 油机 性 能监 测 男 ２ 硕 讲 主
●＿＿＿＿＿＿。。。。。。’。。。。。＿－＿●－－＿— ● —
在 Ｌ ｂ Ｅ 开 发 平 台 上 开 发 测 量 分 析 软 ａ ＶＩ Ｗ
件， 系统 软 件 主要 包 括 ： 据 采集 、 数 信号 处 理 、 数据
３ ）折 合转 速 一 √２ ３ Ｔ。 ９／ （） ３
—
式 中 ： 为实 际测 量增 压 器转 速 ．
１ ２ 系统 硬 件组成 ．
—— 亘 — ——｝ —— ！ ——
ｌ 业 ｌ 网 — ； ， Ｌ— 日Ｊ 不、 — 一
工 控 机
６ ６２ Ｌ１ ／ ４型 柴 油 机 带 有 常 规 参 数 的 监 测 系
统 ， 了 系统分 析柴 油 机 涡轮 增压 的性 能 ， 为 在测 量
图 ２ 系 统 软 件 流 程 图
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ５ １３ ． ０ｃ ．２ ０ ｔ ０７
柴 油 机 涡 轮增 压 测 量分 析 系统 研 制 ＊
两级增压车用发动机性能计算
Ｅ ｌ ｉ王 万 中． 试验 的设 计与分 析 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 高等 教育 出版社 ， ２ ０ ０ ４ ［ ２ ３阮 庆洲 ， 陈建 兵 ， 朱刚， 等． 基于 Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 的 智 能 低压 电器 测 试 技术 ［ Ｊ ］ ． 低压 电器 ， ２ ０ １ １ （ ５ ） ［ ３ ］柳 杰 ． 低 压 电器 智 能 化 设 计 的研 究 ［ Ｄ ］ ． 天津 ： 河 北 工 业 大
－ Ｉ ４ ］ 司海立 ， 程武 山， 孙鑫， 等． 塑 料 外 壳 式 断 路 器 智 能 测 试 系 统 ［ Ｊ ］ ． 低 压 电器 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ９ ） ［ ５ ］Ｇ Ｂ １ ４ ０ ４ ８ －２ ０ ０ ６ 低压 开关 设备 和控 制设备 ［ Ｓ ］
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ － ０ ２ — ２ ７
学， ２ ０ ０ ６
和带 电操作性能试验 ， 出现异常 时通 过保 护 电器对试 验 电路 进
行保护 。 （ ４ ） 数 据 采 集 系统 可 以完 成 １ ０ ０ ｋ Ｈｚ 速 率电流采样 ， 并 能
计算通 电电压 、 电流、 试验时间 、 功率 因数 ， 生成 ｗ ｏ ｒ ｄ报告并 打 印等 。
３ ． １ 高低 压 级 压 比分 配 原 则 实 际 情 况 下 研究 两级 涡轮 增 压 系统 的 压 比分 配 时 ， 仅 仅 考
改为可控两级涡轮增 压系统 ， 每三缸 的排气 管与一个 串联式 的 两级涡轮增压系统相连接 。
仿真模型中废气旁通 阀开启 角度对 应旁 通管路 的流 量 系
检 验 检 疫 局 低 压 电器 实 验 室 进 行 了多 批 试 验 样 品 的测 试 ， 结 果
８ ． ２ 要求， 本系统达到的技术 指标 如下 ： （ １ ） 输 出电流 ： 在系统输 出电压范 围内 ， 电流 ６ ３ ￣６ ３ ０ Ａ可
船用二级增压柴油机工作过程计算模型简化研究
缸 数
缸 径／ ｍ ｍ
活 塞行 程／ ａ ｒ ｍ 气 缸 工 作顺 序
３ ８ ０
１ —Ｉ ５ — ３—＿ ６ — ２ —１ ４
柴油 机为 例 ， 应 用该 软件 建立 计算 仿真 模 型 ， 并 与 实际 测 量 数 据 和 参 考 数 据 进 行 对 比分 析 。Ａ Ｖ Ｌ
模 型各部 分元 件 ， 开展二级增压系统简化为一级增压 系统模 型的研 究工作。仿 真结果 表明 ， 爆发压力 、 平均有
效压力及 排气 温度 等参 数与试验结果相符 ， 验证 了将 二级增压 柴油机模 型简化为一级增压模 型的可行 。 关键词 ： 柴油机 ； Ａ Ｖ Ｌ Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ； ￣． 级增压 ； 工作过程
１ ． １ 主 要技 术参数 模型 柴油 机 主要 技 术参数 见 表 １ 。
１ ． ２ 模型 选择
针对 此型 号 柴油 机 采 用 零 维燃 烧 模 型 ， 燃 烧
模型采 用单 ｖ ｉ ｂ ｅ模 型 ， 缸 内 传 热 模 型 采 用 Ｗｏ ｓ —
ｃ ｈ ｎ ｉ １ ９ ７ ８换热 模 型 。
数值
算结果 ， 对 实验 值 和计算 值进 行 比较 ， 从 而 对发 动
机 的参数及 其 优化起 到 积极 的指 导作用 。 Ａ Ｖ Ｌ Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ软 件 是 能 够 对 内燃 机 热 力 循 环 过 程 进行模 拟 计算 的专 业 软 件 ， 以某 型 二 级增 压
四冲程 直立 式 二 级 燃 气涡炉增压 增压空气冷却
图 ２ 柴油 机 一 级 增 压 工 作 模 型
图 １ 柴 油 机 二 级增 压 工 作模 型
２ 计 算模 型 的 建 立
车用重型柴油机二级增压系统模拟及试验研究
燃 油 供 给 系 统
Ｂ ｏ ｓ ｃ ｈ高压 共 轨系 统
２ 模 拟 计 算
２ ． １ 模 型 建 立
本研 究 应用 模 拟计 算 及 试验 研 究 的手 段 ， 针 对 某重 型车用 柴油 机性 能开 发 目标 进行 了二级 增压 系 统 的匹配 ， 分析 了二 级 增 压对 车 用 重 型 柴油 机 性 能
１ ７ ． ５： １ ８ ． ６
１ １ ２
复合 增压 系统 和二 级增 压 系统 等 ， 其 中二级 增 压 是
一
个 可行 的发展 方 向［ ３ ］ 。 柴油 机匹 配二级增 压 系统可 以大 幅提 高进气 压
行程／ ｍｍ 最大扭矩／ Ｎ・ ｍ 最大扭矩转速／ ｒ・ ｍｉ ｎ ＿ １
本研究 采用 的二 级 增 压 系 统 布 置 方 案 见 图 １ 。 空气 首先 经过低 压 级 压气 机 压缩 ， 然后 经 高 压 级 压 气机 进一 步压缩 进入 中冷器 。低 速低 负荷工 况 时排
和排 放 的 影 响 ， 为 进 一 步 改 善 柴 油 机 性 能 提 供 了
依据。
标定功率转速／ ｒ・ ｍｉ ｎ
２ ５ ７
２ １ Ｏ Ｏ
允 许 采用更 高 的废 气再 循 环 （ Ｅ ＧＲ ） 量， 从 而 进 一 步 降低 ＮＯ 排放 ］ 。通 过对排 气旁 通 阀开 度 的控 制
可 以实现增 压压 力 在一 定 范 围 内的调 节 ， 使 得 柴 油 机与 二 级 增 压 系 统 在 全 工 况 范 围 实 现 良好 的 匹
气旁 通 阀完 全关 闭 ， 排 气 首先 经 高 压 级 涡轮 机 膨胀 做功， 然后 完 全 通 过 低 压 级 涡 轮 ， 最 后 排 至 大气 当 中。随着转 速 的增加 ， 排气 旁通 阀逐渐 打开 ， 部分 排 气经 旁通 阀直接 进 入低 压 级 涡 轮 ， 使 低压 级 承 担更 多 的膨胀功 ， 同时也 降低 了涡前压 力 ］ 。
涡轮增压柴油机高原供油策略调节方法研究
涡轮增压柴油机高原供油策略调节方法研究涡轮增压柴油机是现代柴油机中常用的一种结构，其通过增加进气道压力来提高燃油燃烧效率和动力输出，具有出色的动力性和经济性，特别是在高原地区使用时，具有很大的优势。
然而，高原地区的空气稀薄和气压低使得涡轮增压柴油机的燃烧效率下降，需要通过高原供油策略调节来解决。
高原供油策略调节指的是对涡轮增压柴油机在高原地区使用时的燃油供给系统进行优化，以提高燃油的吸收效率和燃烧效率。
具体来说，调节方法有以下几个方面：1、调节喷油量。
由于空气稀薄，燃油的燃烧效率受到很大的影响。
因此，在高原地区，需要相应地增加喷油量，以保证燃油得到充分的燃烧和利用。
此时，喷油量的调节应该以实际输出功率和燃油经济性为考虑因素，以避免因喷油量过大而造成的油耗增加和发动机故障。
2、调节燃油中的氧含量。
由于高原地区空气稀薄，氧含量低，因此燃油中的氧含量也需要相应地加以调节。
一种方法是通过添加氧化剂来增加燃油中的氧含量，提高燃烧效率。
另一种方法是在空气中添加富氧气体，以增加燃油燃烧所需的氧气含量，在柴油发动机排气中会形成氧化物和水蒸气，从而达到增加氧气含量的目的。
3、调节涡轮增压系统的工作压力。
涡轮增压系统是涡轮增压柴油机关键的动力输出组件，通过增加进气道压力来提高发动机的燃烧效率和动力输出。
在高原地区，由于空气稀薄，需要相应地增大涡轮增压系统的工作压力，以克服空气阻力和惯性阻力，从而保证发动机的正常工作。
涡轮增压系统的工作压力调节方法可以通过调节机械增压系统的减速器或通过调节电子控制系统中涡轮增压器的工作参数来实现。
4、调节进气温度。
在高原地区，进气温度较低，会使发动机的燃烧效率受到很大的影响。
因此，需要通过调节进气温度来提高发动机的燃烧效率。
一种方法是通过增加进气道的长度和宽度来增加空气的供应量，以提高进气道的温度。
另一种方法是通过增加进气口的直径来增加进气道的氧气含量，从而提高燃油的燃烧效率。
综上所述，涡轮增压柴油机高原供油策略调节方法是提高柴油发动机在高原地区工作效率和燃油利用率的关键因素。
可变截面涡轮增压系统VGT简介
可变截面涡轮增压系统VGT简介柴油车技术突围——揭秘VGT技术VGT是英文Variable geometry turbocharger的缩写，中文说法是“可变截面涡轮增压系统”。
这个名称很多人都看到过，但到底这个“可变截面”对于涡轮增压、乃至发动机有何实际意义呢？涡轮迟滞是涡轮增压发动机最需要解决的问题在此之前，我们要简单了解一下涡轮增压发动机的原理和特性。
增压发动机区别于普通自然吸气发动机，它是通过增压器进行强制进气的，这样可以大大提升进入气缸内的空气密度，从而达到小排量大功率的目的。
涡轮增压发动机的增压器由排气能量驱动，很显然这需要一定的排气能量。
当发动机转速较低时，排气能量往往比较小，此时有可能无法驱动增压器。
当增压器不工作时，涡轮增压发动机的动力甚至会小于一台同排量的自然吸气发动机，这就是我们常说的涡轮迟滞。
这是涡轮增压发动机的一大顽疾，几乎所有工程师都在致力于解决这个问题。
涡轮迟滞与增压能量之间的平衡成为一对矛盾体涡轮迟滞与增压涡轮的尺寸有关。
增压涡轮越大，涡轮就越难以被驱动，涡轮迟滞就越明显，反之如果增压涡轮很小，迟滞就会大幅度缓解。
然而与此同时，涡轮尺寸又与增压能量相关，小尺寸的涡轮虽然可以缓解涡轮迟滞，但在需要增压器工作时它能提供的增压值不大，不利于提升发动机的动力。
因此涡轮尺寸、涡轮迟滞与增压值之间存在着一定的平衡关系。
大多数常规发动机都只能采用折中的办法来设计，这样很难做到既彻底避免涡轮迟滞，同时又可以获得较大升功率。
VGT是解决这个矛盾最有效的方案VGT就是起这个作用的。
其奥秘在于它的增压器可以改变截面积，这就相当于改变了增压涡轮的大小。
在转速较低时，增压涡轮会采用较小的截面积，即使转速很低的状态下涡轮也可以顺利启动，大大缓解了涡轮迟滞。
在高转速状态下，增压涡轮会采用较大的截面积，这样可以大幅度提升增压值，从而提升发动机的最大功率和扭矩。
华泰圣达菲2.0L发动机的“升功率”是国内同级别柴油SUV中最高的，它的动力表现已经达到或超过众多2.5升甚至2.8升的柴油SUV，VGT在这里同样功不可没。
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柴油机可调二级涡轮增压系统研究
提高柴油机的增压压力以实现高平均有效压力是降低燃油消耗率及C02温室气体排放的一个有效手段。
另一方面,面对越来越严格的有害物排放法规,较高的增压压力也为废气再循环、米勒循环和均质燃烧等技术措施提供了足够新鲜充量的保障。
因此,柴油机的增压压力有必要进一步的提高,宽转速运行范围的柴油机与高增压系统的优化匹配成为亟须解决的问题。
可调二级涡轮增压系统集合了二级增压和可调增压技术的优点,能够兼顾高压比和宽流量范围,是极具潜力的一种的涡轮增压技术,为此本文对其开展了相关研究。
首先应用等效增压器的概念对柴油机可调二级涡轮增压系统进行了理论研究,建立了可调二级涡轮增压系统的等效增压器模型,得到了基于旁通流量比的等效涡轮流通面积表达式和基于旁通流量比与涡轮焓降比的等效增压器效率的表达式。
等效增压器效率表达式从经济性角度指明了排气能量分配与效率的相适应可以实现增压系统效率的最大化。
调节等效涡轮流通面积可以使增压系统适应更宽的发动机转速范围,基于调节能力的要求提出并研究了可调二级涡轮增压系统的匹配方法,揭示了可调二级涡轮增压系统总压比、压比分配、低高压级涡轮流通面积比以及系统调节能力等关键参数间的相互关系。
设计了涡轮旁通阀和压气机旁通阀等关键部件,建立了可调二级涡轮增压柴油机以及试验台架。
进行了匹配方法的验证性试验,证明了基于调节能力的匹配方法的适用性。
对可调二级涡轮增压柴油机进行了全工况稳态试验,分析了高压级压气机旁通阀的开启时刻特性,以及高压级涡轮旁通阀对增压系统的调节特性和对发动机油耗
性能和烟度排放的影响规律。
在此基础上,提出了济性和动力性两种调节规律。
结合进一步的瞬态试验对两种调节规律进行了综合评价:稳态性能方面,经济性调节规律优于动力性调节规律;瞬态特性方面,直接开环应用调节规律时,在模拟起步过程的加速加载加载工况和中低转速范围内(900 r/min和1100r/min)的定转速加载工况时,动力性调节规律会取得较快的响应和较低的瞬态烟度排放,而在中高转速范围内的
1400r/min转速线上的加载工况试验则表明,由于存在高压级增压器的旁通过程使得动力性调节规律的优势不再明显。
对增压压力闭环控制策略进行了计算研究。
应用仿真模型对涡轮旁通阀开度命令到增压压力的动态过程进行了系统辨识,基于区域线性化的方法,设计了参数可变PI反馈控制器结合前馈模块的控制系统。
对1400r/min的加载工况进行计算分析表明,动力性型调节规律结合PI反馈控制器的闭环控制系统实现了最快的响应过程,而且即使是经济性调节规律结合PI反馈控制器的闭环控制系统也比直接应用动力性调节规律的开环控制响应要快,证明闭环控制可以实现经济性和动力性的兼顾。