二级增压柴油机高海拔模拟试验系统及方法

（注：P 代表压力传感器；T 代表温度传感器；N 代表转速传感器） 图 1 二级可调增压柴油机高海拔燃烧特性模拟试验系统
图 2 二级可调增压系统布置图
力、温度以及转速传感器信号进行采集和处理，并通过 CAN（Controller Area Network）总线实现与 ECU 和电动执 行器的通信。图 4 为二级可调增压器测控系统对 VGT 叶 片开度进行调节的工作过程，在确定 VGT 叶片需要调节
图 3 二级可调增压测控系统
图 6 缸压监测界面
图 4 VGT 叶片开度调节过程
1.2 二级可调增压进气温度调节系统 通过对二级可调增压柴油机高海拔仿真研究发现，柴 油机最高增压比能够达到 5 以上，且低压级压气机出口温 度接近 200益[8]。为了增大压缩效率，提高柴油机的进气 量，设置了二级可调增压进气温度调节系统对高压级压气 机进气进行冷却处理；另外，进气温度是柴油机燃烧过程 的一个重要影响因素，为了研究分析的需要，柴油机进气 温度必须能够进行恒温控制，温度控制原理如图 5 所示， 在预先设定的温度初始值下，温控器采用 PID 反馈控制方 法，实时调节水-空换热器的进出水阀，控制冷却水的流 量，使柴油机进气温度恒定在一定公差范围内。
Internal Combustion Engine & Parts
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二级增压柴油机高海拔模拟试验系统及方法
熊春友
（陆军步兵学院工程技术与应用系，南昌 330000）
摘要院基于原有高海拔模拟试验平台，建立了二级可调增压柴油机高海拔燃烧特性模拟试验系统。该系统能够实现柴油机 0-6km 海拔高度进气模拟，以及对 VGT 叶片和高低压级涡轮旁通阀开度的控制，柴油机进气温度的调节以及缸内燃烧参数的实时采集与存 储等功能。制定了 VGT 叶片和高低压级涡轮旁通阀开度调节方案，列举了燃烧参数等。
关键词院二级可调增压；柴油机；燃烧特性；试验系统；试验方法 Key words: two-stage adjustable supercharged；diesel engine；combustion characteristics；test system；test method
0 引言 我国高原地区具有面积大、海拔高的特点，特殊的高 原环境致使柴油机燃烧过程恶化，易出现动力性不足、经 济性变差以及碳烟排放量增加等不良现象[1，2]，大大影响了 机械装备工作效能的发挥，制约了高原地区经济的发展和 国防安全的建设[3]。 柴油机高海拔涡轮增压技术的应用，能够优化柴油机 进气参数，改善燃烧特性[4]。相关研究表明，相比单级涡轮 增压，二级可调增压系统具有增压比高、效率高等优点，有 望从根本上改变柴油机高海拔低气压运行问题[5]。通过对 柴油机高海拔燃烧过程的研究，可以揭示高海拔条件对柴 油机工作过程的影响机理，对进一步探究柴油机高海拔性 能提升技术具有十分重要的意义[6]。 1 试验系统 建立一套能够对重要影响参数进行控制以及对测量 参数进行有效采集、存储的试验系是研究与分析的关 键[7]。在原有试验台基础上，建立了二级可调增压柴油机 高海拔燃烧特性模拟试验系统（图 1 所示）。该试验系统包 括了二级可调增压测控系统、进排气低气压模拟系统、二 级增压进气温度调节系统、冷却液恒温控制系统、柴油机 燃烧参数采集系统以及各路传感器等主要部分，满足试验 要求，能够开展二级可调增压柴油机高海拔燃烧特性试验 研究。 1.1 二级可调增压测控系统 柴油机二级可调增压测控系统设计的主要目的是进 行二级可调增压系统 VGT 叶片、高低压级涡轮旁通阀开 度的调节与控制以及相关性能参数的测量与采集。图 2 为 二级可调增压器实物图，系统主要由带有涡轮调节阀的可 变截面涡轮增压器（VGT）和带有废气调节阀的涡轮增压 器组成，两者以串联的方式连接，VGT 叶片开度及高、低 压级涡轮旁通阀开度均由电动执行器驱动。 图 3 为二级可调增压测控系统图，主要由电控单元 （ECU）、数据采集模块和电动执行器三大部分组成。其 中，数据采集模块的作用是对二级可调增压系统多路压
Abstract: Based on the original high-altitude simulation test platform, a two-stage adjustable supercharge diesel engine high altitude simulation test system was established. This system can simulate the intake of diesel engine at an altitude of 0-6km, control the opening of VGT blade and bapass valve of high and low pressure level turbine, regulate the intake temperature of diesel engine, collect and store the combustion parameters in the cylinder in real time. The opening regulation scheme of VGT blade and high and low pressure turbine bypass valve was developed, and the combustion parameters were listed.
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内燃机与配件
的开度后，CAN 总线将位置信号传递给电动执行器，执行 器动作，改变 VGT 叶片开度并维持在固定位置，完成了调 节过程。
装在发动机前端的角标仪和安装在柴油机第一缸的压力 传感器分别对曲轴转角信号和缸内压力信号进行采集，利 用燃烧分析仪对放大后的信号进一步处理，得到缸内燃烧 压力、温度以及放热率等的曲线。图 6 为缸压监测界面，图 7 为缸温监测界面，图 8 为燃烧计算模块。