内燃机两级涡轮增压技术的研究
内燃机运用新技术的研究与发展
内燃机运用新技术的研究与发展1.前言内燃机作为现代交通工具的核心动力之一,一直处于不断发展的状态,不断创新和尝试新的技术,以提高性能、减少污染、降低噪音和节能,强化其在市场上的竞争力。
在这个过程中,内燃机运用新技术的研究和开发是至关重要的。
2.燃烧技术燃烧技术是内燃机发展进程中的重要组成部分,它涉及到内燃机的燃料和气体混合过程、燃烧过程和排放废气处理等方面。
如今,以燃料预混和燃烧技术和柴油直喷技术为代表的先进技术已经广泛应用于内燃机中。
燃料预混和燃烧技术是指将燃料和空气先作为预混物进行混合,在气缸内进行燃烧。
这种技术可以实现液态燃料在较低温度下自发燃烧,从而降低了燃油的消耗和污染物的排放。
而柴油直喷技术则是将高压喷射的燃料直接送入气缸中,减少了燃料电喷系统中的零部件,抑制了油品冲刷,同时也提高了燃烧效率和动力输出。
然而,目前普遍存在的缺陷是,燃烧中的温度和压力过高,导致发动机的性能和寿命出现问题。
因此,将更多的精力放在燃烧技术的优化和提高发动机的燃烧效率上是十分必要的。
3.电子控制技术近年来,电子控制技术在内燃机中的应用越来越广泛。
这是因为电子控制技术可以实现对发动机各项参数的精确控制,提高了发动机的效率和性能,同时可以减少污染物的排放。
以发动机控制单元(ECU)为例,它是内燃机电子控制的核心部件,可以实现对燃油喷射、点火时期等参数的精确控制,并对排放质量进行监测。
这种技术的应用可以有效地降低污染物排放,同时还可以提高发动机的燃油经济性和可靠性。
4.涡轮增压技术涡轮增压技术是一种由排气驱动的机械增压方式。
在这种技术中,由排气驱动的涡轮使空气被压缩,从而提高了燃烧的效率和功率输出。
涡轮增压技术已经广泛应用于汽车、卡车、船舶和飞机等领域。
与传统的机械增压系统相比,涡轮增压系统具有更小的尺寸和更高的效率,并且可以更好地适应不同负载和工况的要求。
5.先进材料技术内燃机需要承受高温、高压和高速等工况要求,因此使用先进材料对内燃机的性能和寿命都有着重要的提升。
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—
内燃机的增压技术
内燃机的增压技术摘要:内燃机的增压技术现在已经得到了广泛的应用,对于提高内燃机的经济性和动力性起着相当关键的作用。
内燃机的增压需要利用专门的增压系统,在进气过程中采用强制的方法,以一定的压缩比,将更多的新鲜充量送入气缸内,更多的燃料可以与其混合燃烧,产生更多的热量,输出更高的输出功率。
本文主要介绍了内燃机的多种增压方式,分析了内燃机增压的特点,并详细阐述了废气涡轮增压的工作原理和分类。
关键词:内燃机增压增压方式废气涡轮中图分类号:tk4一、概述内燃机性能的改善的过程中,提高内燃机功率,尤其是提高内燃机升功率,是十分重要的一项措施。
内燃机所能发出的最大功率是主要根据气缸内燃料所能放出的热量决定的。
如果进入气缸前,空气经过压缩,则发动机进气密度增大,在相同的气缸容积内,可以有更多的新鲜空气与燃料进行混合。
因此采用增压的方式后,每循环的供油量可以大大地增加,内燃机也可以获得更大的功率,改善了内燃机的性能。
二、内燃机的增压方式1、机械增压机械增压是使用曲轴带动一组机械传动设备来驱动压气机进行工作的。
机械增压系统的结构较为复杂,增压比小,输出功率也较小。
但近几年,机械增压技术重新有了新的应用与发展,主要原因有:1)现代制造工艺水平有了较大改进,为机械增压提供了良好的技术环境。
2)小排量的发动机在采用废气涡轮增压时有较大难度,采用机械增压更为适合。
3)机械增压的加速响应性能好。
2、废气涡轮增压废气涡轮增压使用用排气过程中所排出废气的剩余能量来驱动压气机工作的。
因为废气涡轮增压利用了排气能量,所以既可以使内燃机功率输出变大,又一定程度的减少了燃油消耗率。
使得内燃机的经济性与动力性都有所提高。
3.、除了上述两种增压方式外,还有复合增压、气波增压、动力涡轮增压等应用较少的增压方式。
三、废气涡轮增压器1、废气涡轮增压器工作原理在内燃机中,燃料所供给能量的20~45%都是由排气带走的。
废气涡轮增压很好地利用了排气的能量来提高内燃机功率。
涡轮增压的工作原理
涡轮增压的工作原理涡轮增压是一种通过利用废气压力来增加发动机进气压力的技术,从而提高发动机的输出功率和效率。
它是现代内燃机领域中常用的一种动力增压技术,被广泛应用于汽车、卡车和船舶等各种发动机中。
本文将详细介绍涡轮增压的工作原理,包括其结构组成、工作过程和优缺点等方面的内容。
涡轮增压器由涡轮和压气机两部分组成,涡轮部分安装在排气道上,压气机部分则连接在进气道上。
当发动机工作时,排出的废气进入涡轮增压器的涡轮部分,使涡轮旋转起来。
涡轮与压气机之间通过轴连接在一起,因此涡轮的旋转也会带动压气机旋转。
压气机将大气压缩后送入发动机,增加了进气压力和密度,从而提高了燃烧效率和输出功率。
涡轮增压的工作原理可以用来解释为什么它能够提高发动机的输出功率。
首先,通过增加进气压力,涡轮增压使得发动机能够在相同的缸容积下吸入更多的空气和燃料混合物,从而提高了燃烧效率。
其次,由于增加了进气压力,发动机在相同转速下能够产生更大的输出功率。
最后,涡轮增压还能够提高发动机的响应速度和动力输出,使得车辆在加速和爬坡时能够更加灵活和强劲。
涡轮增压技术的工作过程可以分为几个阶段,废气驱动、涡轮旋转和进气压缩。
在发动机工作时,排出的废气进入涡轮增压器的涡轮部分,使得涡轮产生动力并开始旋转。
涡轮的旋转驱动压气机旋转,将大气压缩后送入发动机。
这样就完成了涡轮增压器的工作过程,从而提高了发动机的输出功率和效率。
涡轮增压技术相比传统的自然吸气发动机具有许多优点。
首先,它能够在不增加发动机缸容积的情况下提高输出功率,从而降低了发动机的重量和体积。
其次,涡轮增压技术能够提高发动机的燃烧效率和动力输出,使得车辆在加速和爬坡时更加灵活和强劲。
最后,由于增加了进气压力,涡轮增压技术还能够提高发动机的燃油经济性,降低排放和环保。
然而,涡轮增压技术也存在一些缺点。
首先,由于涡轮增压器需要排出的废气来驱动,因此在低转速和负载下可能存在涡轮滞后和延迟响应的问题。
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。
两级涡流增压器的匹配仿真
气机 ,而涡轮是采用 D E对入 口直径 和效率进行优化来达到压气机和发动机的匹配。结果表 明 ,两级涡轮增压器在燃油消 O
耗率和转矩方面相对于单级的增压器都有 明显 的优势 ,且标定转速下 ,功率可从 15k 提高到 12k 5 W 9 W。
关键词 :两级增压器 ;匹配 ;仿真
中 图分 类 号 :T 4 2 K 2 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :10 00—6 9 ( 0 2) 3— 0 2— 4 44 2 1 0 0 2 0
s f a e B s d o h x sig c mp e s rMAP t e e g n smac e y t e c mp e s r n h r i e wa p i z d b sn ot r . a e n t e e it o r s o w n , h n i e wa t h d b o r so ,a d t e t b n so t h u mie y u i g DOE a d b n ut g t ee f in y a d d a t rt c iv h t h n e w e e t r o h r e n e e gn . h e u t h w n y i p t n f ce c n i me e o a h e e t e mac i g b t e n t b c ag ra d t n i e T e r s lss o i h i h u h
04-09 涡轮增压器与内燃机的匹配 卢炽华发动机原理A,武汉理工大学,汽车学院
涡轮增压器与内燃机的匹配
汽油机的增压技术 1. 爆燃控制 降低压缩比、推迟点火时刻、进气中冷、缸内直喷 等技术
2. 热负荷
采用涡轮前放气的调节方案,来抑制发动机高速高 负荷时增压压力的过度增长 3. 增压器 增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小, 同时效率也要保证在一定的范围内,还要求有增压 调节装置
涡轮增压器与内燃机的匹配
武汉理工大学 汽车工程学院
卢炽华
涡轮增压器与内燃机的匹配
学习内容 联合运行特性 涡轮增压器的匹配 内燃机的增压改造 汽油机的增压技术
涡轮增压器与内燃机的匹配
内燃机与涡轮增压器只通过内燃机的进排气流动相互联系。 内燃机的工作特性参数是转速和负荷,不同转速和负荷下排
气的流量和温度不同,即排气的能量不同,通过增压器转换
涡轮增压器与内燃机的匹配
联合运行线
1—
nmin
2—nmaxLeabharlann 3—外特性5—喘振边界
6—最高转速线 7—最高排温线 8—最低效率线
涡轮增压器与内燃机的匹配
涡轮增压器的匹配
1. 2. 流量范围的选择 通常是指从喘振线至某一效率等值线或堵塞线所包括的区域 联合运行线的调整 调整涡轮增压器的某些结构参数,如增大涡轮喷嘴环出口截面积,将发 动机的联合运行线向右移动,使其离开喘振线而进入正常的工作区域 3. 喘振线位置的调整 采用改变叶片扩压器喉口面积的办法来控制喘振线的左右移动。还可以 通过改变涡轮喷嘴环的出口流通面积、改变运行线的方法适应压气机的 特性曲线 4. 压气机堵塞的控制 适当增大叶片扩压器喉口面积和叶轮喉口面积,可以提高压气机的堵塞 流量 5. 涡轮增压器超速和增压压力的调整 采用增大涡轮喷嘴面积的方法,减小涡轮前的排气能量,可克服增压器 的超速问题
涡轮增压技术在新能源汽车中的应用研究
涡轮增压技术在新能源汽车中的应用研究涡轮增压技术在新能源汽车领域的应用一直备受关注,随着汽车行业的快速发展和技术不断进步,也日益重要。
新能源汽车作为未来汽车发展的主流方向,其环保、节能的特点受到广泛认可,涡轮增压技术在新能源汽车中的应用正是为了更好地发挥其性能优势,提升动力性能和燃油效率。
本文将从涡轮增压技术的基本原理出发,结合新能源汽车的特点,深入探讨涡轮增压技术在新能源汽车中的应用研究。
一、涡轮增压技术的基本原理涡轮增压技术是一种通过提高进气压力和密度来提升发动机输出功率的技术。
其基本原理是利用发动机排气来驱动涡轮增压器,由涡轮增压器带动压缩空气并送入发动机,从而增加燃料燃烧效率,提升动力性能。
涡轮增压技术可以有效减小发动机排放,提高燃油利用率,是一种常用的提升发动机性能的技术手段。
二、新能源汽车的发展现状及需求随着环境污染日益加剧和能源紧缺问题的日益突出,新能源汽车成为了汽车行业的发展方向。
新能源汽车以其低排放、低能耗的特点受到广泛关注,电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车陆续推出。
然而,由于电动汽车的续航里程有限,混合动力汽车的动力性能不足等问题,新能源汽车的市场普及受到一定影响,因此涡轮增压技术的应用成为提升新能源汽车性能的重要途径。
三、涡轮增压技术在新能源汽车中的应用价值1.提升动力性能由于新能源汽车电池容量限制以及电动机输出功率受限,新能源汽车的动力性能相对传统内燃机车辆较低。
通过涡轮增压技术的应用,可以有效提升发动机的输出功率,增强加速性能,使新能源汽车具备更强的动力表现。
2.提高燃油利用率新能源汽车虽然具有低能耗的优势,但在高速行驶或爬坡等情况下,电动汽车的续航里程会快速减少,增加充电频率和成本。
涡轮增压技术的应用可以有效提高发动机的燃烧效率,减少燃料消耗,延长续航里程,降低使用成本,提升用户体验。
3.改善环保性能随着环境污染问题的日益突出,新能源汽车的环保性能成为消费者购车的重要考量因素。
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
涡轮增压的工作原理
涡轮增压的工作原理涡轮增压是一种通过压缩空气来增加内燃机输出功率的技术,它利用废气的动能驱动涡轮,进而压缩进气,提高燃烧效率。
在汽车和摩托车等内燃机动力系统中广泛应用,下面我们来详细了解一下涡轮增压的工作原理。
首先,涡轮增压器由涡轮和压气机两部分组成。
涡轮部分由涡轮轮毂和涡轮壳体组成,压气机部分由压气机轮毂和压气机壳体组成。
当发动机工作时,排气门打开,高温高压的废气通过排气歧管进入涡轮增压器,推动涡轮轮毂旋转。
涡轮轮毂与压气机轮毂通过同一轴连在一起,涡轮轮毂的转动带动压气机轮毂旋转,压缩进气并送入发动机燃烧室,从而增加了进气量,提高了发动机的输出功率。
其次,涡轮增压器的工作原理可以用简单的公式来描述,功率=扭矩×转速。
在内燃机工作过程中,发动机的扭矩与转速成正比,而涡轮增压器通过增加进气量,提高了发动机的进气密度,使得每次燃烧的燃料量增加,从而提高了发动机的输出功率。
涡轮增压器的工作原理可以说是通过“压缩空气,增加燃料燃烧效率,提高发动机输出功率”。
最后,涡轮增压器的工作原理还与发动机的排气系统有关。
排气系统的设计对涡轮增压器的工作效率有着重要影响。
合理的排气系统设计可以减小排气的阻力,提高废气的排出效率,从而为涡轮增压器提供更多的高温高压废气,使其工作更加高效。
同时,涡轮增压器的润滑系统也需要得到重视,保证涡轮轴承和涡轮叶轮的正常运转,延长涡轮增压器的使用寿命。
总的来说,涡轮增压器通过压缩空气,提高了内燃机的进气密度,增加了燃料的燃烧效率,从而提高了发动机的输出功率。
它是一种高效、节能的动力增压技术,对于提高发动机的动力性能和燃油经济性有着重要的作用。
通过深入了解涡轮增压器的工作原理,我们可以更好地理解和应用这一技术,为汽车和摩托车等内燃机动力系统的性能提升提供更多的可能性。
汽车涡轮增压器研究报告
汽车涡轮增压器研究报告
汽车涡轮增压器是一种用来提升汽车动力性能的装置,是内燃机
技术中非常重要的部分。
学习汽车涡轮增压器,能够让人了解到汽车
动力性能提升的原理,可以提升汽车的性能以及使汽车更有效率的控制。
汽车涡轮增压器具有一个增压器室以及一个增压器喷嘴,以把内
燃机出口气流加压。
当内燃机出口气体通过增压器喷嘴时,增压器室
内的压力会因此提高,从而把压力打入汽缸的气体量增加,起到提高
内燃机输出力的作用。
汽车涡轮增压器也可以帮助降低内燃机污染物排放,它是一种高效、低污染的技术。
使用涡轮增压器可以有效降低排放物的排放量,
从而符合国家对污染物排放标准的要求。
它可以帮助汽车降低碳排放,使汽车发动机的性能更好,同时还可以提高油耗。
汽车涡轮增压器也有一定的缺点,一是易损性。
由于涡轮增压器
设计的复杂性,它的零件容易受到损坏,因而很容易发生故障。
其次,在高海拔情况下,涡轮增压器会因空气流量不足而工作效率低下,降
低汽车动力和经济性能。
总之,汽车涡轮增压器是一种可以提高汽车动力性能、降低碳排
放量以及降低污染物排放量的有效技术。
在未来,汽车技术变得越来
越先进,市场需求日益增大,汽车涡轮增压器将得到更多的应用。
涡轮复合内燃机两级涡轮流动机理及控制研究
涡轮复合内燃机两级涡轮流动机理及控制研究通过涡轮复合回收利用发动机余热是内燃机节能减排的主要技术途径和研究发展方向,也是当代发动机流体力学研究的主要学科前沿问题。
涡轮复合技术是使发动机排气在增压涡轮后进一步膨胀,通过动力涡轮将部分排气能量转化为有效功,提高内燃机燃油经济性、降低二氧化碳排放。
增压涡轮与动力涡轮两级涡轮间耦合流动作用对动力涡轮和整机循环性能等具有重要影响,是涡轮复合技术研究所面临的主要难点之一。
论文针对当前涡轮复合研究中动力涡轮单独设计,难以考虑两级涡轮耦合流动作用这一难点,对内燃机涡轮复合的两级涡轮流动机理、及其对性能的影响机制和流动控制方法等进行了探讨。
通过建立反映两级涡轮耦合设计参数影响的涡轮系统通流模型,发展了内燃机涡轮复合循环耦合分析方法。
研究了两级涡轮通流面积比对内燃机涡轮复合全工况性能的影响,发现两级涡轮通流面积比对排气能量在增压涡轮与动力涡轮中的分配具有重要影响,是决定内燃机涡轮复合全工况性能的关键因素。
提出了通过增压涡轮变几何使两级涡轮面积比随发动机转速下降而增大,以改进涡轮复合循环全工况性能的变几何涡轮复合循环流动控制方法。
通过两级涡轮系统全三维定常仿真流动分析,研究了两级涡轮系统的复杂流动规律及其对动力涡轮性能的影响。
发现增压涡轮出口存在旋流效应,将增大动力涡轮导叶进口攻角,导致二次流损失增加的耦合流动机理。
提出了通过动力涡轮与增压涡轮对转,以减小旋流效应引起的动力涡轮导叶二次流损失的对转涡轮复合流动控制方法,仿真结果表明动力涡轮等熵效率提高达3.8%。
通过建立两级涡轮三维非定常模型,研究发动机排气脉冲对两级涡轮流动及性能的的影响。
揭示了增压涡轮对发动机排气脉冲的增强效应,增大动力涡轮转子叶尖进口攻角变化幅度,导致动力涡轮等熵效率大幅度下降的耦合流动机理。
提出了通过叶尖前缘钝化设计,改进动力涡轮的脉冲适应性,提高动力涡轮性能的流动控制新方法,仿真结果表明发动机排气脉冲周期内动力涡轮平均效率提高1.64%。
我国内燃机车柴油机涡轮增压技术的研究与发展
我国内燃机车柴油机涡轮增压技术的研究与发展柴油机作为内燃机车推动力量的核心,是车辆性能的重要指标,其中的涡轮增压技术也是柴油机性能的核心技术。
因此,研究柴油机涡轮增压技术及其在我国内燃机车车上的应用发展,对于提高车辆性能,促进内燃机车发展具有重要意义。
涡轮增压技术是一种有效能源利用技术,其原理是利用涡轮增压装置将压缩机产生的压缩空气做功现象放大,以提高柴油机的功率和转速。
这种技术由英国工程师格拉斯于1903年提出,以后经过不断发展,已成为当今最重要的柴油机性能改进技术。
在中国,涡轮增压技术逐步应用于国家火车、汽车和工程机械等领域,但由于技术难度较高,这种技术应用较晚,且发展不够完善。
为了更好地发展柴油机涡轮增压技术,目前,国内科学家正在从多个方面进行研究。
首先,通过加强实验研究,不断探索新的涡轮增压技术。
目前,科研人员正在尝试利用多晶硅、陶瓷和新型金属材料等技术,来研究新型涡轮增压装置和传动机构,提高涡轮增压装置的增压比,使其对柴油机性能的改善能力更加有效。
其次,加强集成化设计研究,开发最优的涡轮增压系统。
国内科研人员结合汽车应用设计,综合考虑车辆性能和经济性,尝试开发更高效、更经济的涡轮增压系统,这将有效提高柴油机的性能。
再者,通过对柴油机性能和尾气排放特性的分析,改进涡轮增压技术。
针对有关柴油机性能和尾气排放方面的问题,通过对涡轮增压系统结构参数和工艺参数的调整,改善柴油机排放性能,使其具有更高的能量利用率,从而满足法规要求。
最后,不断创新柴油机涡轮增压控制技术,使其更加切合实际。
随着汽车技术的不断发展,汽车的变速箱结构越来越复杂,节能减排要求也越来越高,因此,研究人员正在尝试利用智能技术和先进的控制技术,来实现柴油机涡轮增压控制的智能化,使其对车辆性能的改善更加得心应手。
我国内燃机车柴油机涡轮增压技术的研究与发展,受到了政府部门、学术界以及柴油机制造企业的高度重视。
政府部门提供了科研、税收和财政优惠政策,联合学术界积极推动科研进步,柴油机制造企业也加大了投资力度,以加快技术研发与改良。
内燃机涡轮增压系统设计及性能评估
内燃机涡轮增压系统设计及性能评估内燃机涡轮增压系统是一种常见的汽车发动机升级方式,通过压缩空气提高汽车发动机的燃烧效率,提高发动机的功率和扭矩。
本文将介绍内燃机涡轮增压系统的设计原理、性能评估方法以及其应用与发展。
一、设计原理内燃机涡轮增压系统一般由涡轮增压器、进气道、中冷器和排气道等组成。
其中,涡轮增压器是增压系统的核心部件,其由涡轮轮毂、压气机轮毂和轴承等组成。
涡轮轮毂受到高温高压排气气流的推动,通过轴承将动能传递给压气机轮毂,使得压气机轮毂旋转并压缩进气空气,提高发动机的进气量和密度。
进气道是将空气引入涡轮增压器的通道,包括进气管和进气滤清器等,其设计可影响涡轮增压器的增压效率和噪音水平。
中冷器是一种较为常见的降温设备,其将涡轮增压器出口的高温高压进气空气通过中间铝合金双层管路散热,从而有效提高进气空气密度,增加发动机的氧气含量,提高燃烧效率。
排气道是将压缩后的气体从涡轮增压器出口排出,其设计可影响涡轮增压器的排气流量和压降水平。
二、性能评估内燃机涡轮增压系统的性能评估可通过不同指标进行,其中包括增压比、功率提升比、扭矩提升比和热效率提升比等。
增压比是指涡轮增压器出气压力与进气压力的比值,一般可以通过压气机轮毂和涡轮轮毂的尺寸设计实现。
功率提升比是指涡轮增压系统使用后发动机输出功率与原有发动机输出功率的比值,通常可以通过对发动机的燃烧参数(如燃油油气比和点火提前角等)进行校正实现。
扭矩提升比是指通过涡轮增压系统提高发动机最大扭矩值与原有最大扭矩值的比值,其可通过增加涡轮增压器叶轮的叶片数实现。
热效率提升比是指涡轮增压系统使用后燃烧效率与原有燃烧效率之比,其可通过增加中冷器散热面积和降低冷却介质的温度来实现。
三、应用与发展内燃机涡轮增压系统的应用和发展已经相当广泛,可以应用于各种类型的汽车和发动机。
例如,汽车制造商在高端车型中广泛使用涡轮增压系统,如奔驰的AMG、宝马的M系列和奥迪的S 系列等。
内燃机涡轮增压多工况匹配研究
量 是 汽 车 节 能 和 C 减 排 的 基 础 战 略 和 核 心 关 键 O。 技 术 Ia。 t] -
1 发 动 机 增压 匹 配 的 多 工况 优 化 目标
用该 方 法对 某 车 用 18L涡轮 增 压 汽 油 机 进 行 了涡轮 增 压 多工 况 匹配 的 仿 真 研 究 。 结 果 表 明 , . 涡轮 增 压 多 工 况 匹 配可 使 该 发 动 机 最 大扭 矩 提 高 3 , D NE C驾 驶 循 环 平 均 有 效 燃 油 消 耗 率 降低 2 。
总 能 系统 最 早 被应 用 于燃 气 轮机 领 域 , 主要 其 思 想包 括按 照能量 品味 的高低 进行 梯级利 用及变 工
况 等 。按 照 总能 系统 的观 点 , 涡轮 增 压 内燃 机 燃 油 经 济性 的评价 指标 为
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内燃 机 与增压 器 的匹配 是影 响汽 车燃油 经济 性
的重要 因素 。传统 内燃 机增 压技术 的研 究和 应用 主 要是 为 了提高 发动 机 动 力性 , 涡 轮增 压 匹 配 的研 对
究 主要集 中在所 选定 的标 定工 况与 最大扭 矩 工况之 间 的匹配 工况 点 _ ] 4 。车用 发 动 机 的使 用 工况 为 面 工况 , 目前 的发 动机 燃 油 经 济 性 和排 放 均 用 驾驶 循 环工况 进行 评价 , 轮 增 压 的 这种 单 工 况 匹 配方 法 涡 虽可最 大 限度改 善发 动机 在匹 配点工 况 的燃 油 经济
降低两级增压发动机同步噪声的研究
降低两级增压发动机同步噪声的研究盛启安1唐碧艳2姚建明2宋祥太2张振2(1.上海内燃机研究所有限责任公司,上海200438;2.上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心,上海200438)摘要:针对车辆行驶时出现的啸叫问题,捕捉噪声源为增压器同步噪声,对该噪声进行噪声-振动-平顺性(N V H)试验㊂根据同步噪声的产生机理,对增压器G值和同步噪声贡献量进行了分析㊂利用锤击测试分析模态,查找隔热罩是否对同步噪声产生放大影响㊂对优化方案进行测试验证,保证新隔热罩的结构可靠性㊂关键词:两级增压器;同步噪声;G值;隔热罩;锤击测试0前言增压器是用于提高发动机进气压力的装置㊂随着增压技术的不断发展,使用单级增压器已无法兼顾高低速运行的工况要求㊂近年来,两级增压器得到了长足发展,以满足用户需求㊂两级增压器系统主要有2种类型:两级串联涡轮增压系统和两级并联涡轮增压系统㊂本文研究的两级串联涡轮增压由高压级和低压级增压系统串联而成,可在较为宽广的转速范围内提高增压比,同时提高低速扭矩和高速扭矩的转速范围㊂图1为两级增压器的工作原理[1]㊂在图1中,低压级增压器废气旁通阀(WG V)控制低压级的转速㊂涡轮端旁通阀(T B V)则控制高压级和低压级增压器的排气分配比例,保证增压器与发动机系统的匹配㊂压气机端旁通阀(C B V)与T B V阀同时控制高压级和低压级增压器的工作区域㊂在增压器提升动力性的同时,会带来一定的噪声影响㊂增压器同步噪声是增压器噪声出现最多的噪声之一,该噪声的产生原因是增压器中间体转子系统动不平衡㊂增压器同步噪声呈现出来的特征与增压器转速频率相同[2]㊂通过增压器G值分布及传递路径中相关薄壁零件对同步噪声放大等进行研究分析,得出同步噪声放大的原因及解决方案,并进行验证㊂1噪声分布如图2所示,在对车辆进行噪声测试时,发现搭载图1两级增压器系统工作原理两级增压器系统的柴油机的某多功能运动车(S U V)存在加速时的抱怨噪声,测试结果为700~900H z的抱怨噪声㊂为了排查异响源,对整车进行噪声-振动-平顺性(N V H)试验㊂试验要求根据G B1495 2002标准[3],在试车道进行测试,保证地面为开阔的水泥地,两旁障碍物距离3m以上,环境温度控制在25ħ,且风速不高于5m/s,路面无积水,并避免在下雨天进行测试㊂试验利用L M S公司生产的T e s tL a b声学与振动分析系统,采集两级增压器高压级中间体的振动,采集车内862020年第4期图2 抱怨噪声频谱图主驾右耳的噪声和发动机近场噪声㊂测试时采集车辆加速工况的数据,记录发动机转速在1200~2800r /m i n 范围内的车内噪声和增压器振动数据㊂利用L M ST e s tL a b 软件生成的频谱图如图3所示㊂图3 车内噪声频谱图与增压器本体振动由测试数据可得,车内抱怨噪声的频率与增压器本体频率相符,根据增压器同步噪声的特征,确认是由增压器引起的同步噪声㊂2 噪声分析同步噪声有2种可能产生的原因:(1)是因为中间体转子不平衡产生的增压器本体振动噪声;(2)是因为这种不平衡造成传递路径中薄壁零件的共振,放大了增压器的同步噪声㊂2.1 增压器G 值分析增压器G 值表示增压器中间体转子的动不平衡值,是衡量增压器是否会产生同步噪声的1个重要指标㊂两级增压器则有2个转子的G 值㊂定义G 1为转速在400~1500r /m i n 范围内的峰值;G 2为转速在1500~2800r /m i n 范围内的峰值[4]㊂G 值的计算公式为f =N ˑn (1)a =0.002ˑf 2ˑD(2)G =a g(3)式中,n 为测得的增压器转速,单位为r /m i n ;N 为压端转子叶轮叶片数;f 为频率,单位为H z ;D 为位移振幅,单位为m ;a 为振幅加速度,单位为m /s -2;g 为重力加速度㊂在检测了37台搭载在S U V 上的两级增压器后的测试结果如图4所示㊂图4 两级增压器G 值分布根据一般经验,图4(a)中两级增压器高压级的G 1值应控制在0.25以内,G 2值控制在0.45内,图(b )中低压级G 1值应控制在0.4以内,G 2值控制在0.6以内㊂从两级增压器G 值分布看,低压级G 1和G 2需要收紧G 值范围㊂2.2 传递路径分析由同步噪声激励,有可能会使附近的隔热罩共振放大㊂为了验证该假设,用3台搭载相似G 值的两级增压器的整车进行对标测试,测试其在发动机转速为1000r /m i n 时的稳态噪声㊂传感器与传声器分布与96 2020年第4期N V H 试验相同,测试结果如图5所示㊂其中A 车为出现噪声抱怨的S U V ㊂从测试结果分析,3台车的本体振动具有差异性,A 车的振动表现最差,车内噪声也最大,频率均在770H z 附近㊂而B ㊁C 车的振动表现较好,也未产生明显的同步噪声㊂根据车辆的差异性分析,初步判断锁定是颗粒捕集器(D P F )和增压器隔热罩的差异性所致㊂为验证该假设,在A 车上进行了锤击测试㊂图5 怠速时噪声频谱图(a )与增压器中间体振动图像(b)如图6所示,接下来对隔热罩进行频域响应分析,计算出固有频率,并与同步噪声对应的频率进行对比㊂利用S I E M E N SS C A D A SX S 移动采集及回放系统,对锤击测试中的振动数据进行采集㊂通过敲击增压器中间体螺栓,测量D P F 前置催化器隔热罩和两级增压器隔热罩的固有频率㊂图6 锤击测试D P F 前置催化器隔热罩分为D P F 前置催化器左隔热罩和D P F 前置催化器右隔热罩,对D P F 前置催化器隔热罩进行试验时应测量2个D P F 前置催化器隔热罩的数据㊂3 分析结果3.1 锤击测试分析如图7和图8所示,在锤击测试完成后,利用L M ST e s tL a b 振动噪声分析软件,对所测数据进行收集及处理,并将所得数据转化为频响函数(F R F )图㊂图7 D P F 前置催化器右隔热罩F R F 图图8 D P F 前置催化器左隔热罩F R F 图在绘制F R F 图后观察可得知,2个D P F 前置催化器隔热罩都具有755H z 的固有频率,在A 车所测得的1000r /m i n 稳态工况的同步噪声频率在770H z 附近㊂图9为增压器隔热罩的F R F 图㊂图9 增压器隔热罩F R F 图相对于D P F 前置催化器的两片隔热罩而言,增压07 2020年第4期器隔热罩具有的固有频率为874.89H z,与抱怨噪声频率不符㊂结合之前对两级增压器的N V H试验所得数据分析,其对增压器的同步噪声放大影响较低㊂3.2D P F前置催化器隔热罩的降噪措施要减小D P F前置催化器隔热罩对同步噪声的影响,需要破坏D P F前置催化器隔热罩的共振频率㊂综合考虑工作条件和措施实施的可行性,对D P F前置催化器隔热罩内外侧薄弱区域钣金处增加焊点㊂该改进方法兼顾以下3个方面:(1)增加焊点后破坏共振,能减少两级增压器同步噪声的放大;(2)保证D P F前置催化器隔热罩的质量不增加,保证在生产过程中的工艺性和经济性;(3)不对D P F前置催化器隔热罩的结构产生变化,确保与发动机其他零件装配时隔热性等性能不会发生变化㊂增加的焊点如图10所示㊂图10 D P F前催隔热罩增加焊点的位置3.3D P F前置催化器隔热罩的优化效果为了检验更改后的D P F前置催化器隔热罩的降噪效果,将增加焊点后的D P F前置催化器隔热罩安装在A车上,再次对A车进行转速为1000r/m i n工况的测试,将该评价结果记为A',结果如图11所示㊂从图11可知,搭载增加焊接点的D P F隔热罩,A'的啸叫噪声明显降低㊂4结论本文针对搭载两级增压器的某S U V车出现的加速行驶时的啸叫问题,通过N VH试验,结合车内噪声频谱图和两级增压器的振动图像,判断结果是由增压图11怠速时噪声频谱图(优化后)器同步噪声引起的啸叫㊂结合增压器G值分析和增压器同步噪声贡献量分析,查出同步噪声产生原因如下: (1)用于某S U V车型的部分两级增压器低压级G值未严格按照最优G值标准进行制造;(2)由于安装的差异性,D P F前置催化器隔热罩对增压器同步噪声具有放大效果㊂以D P F前置催化器隔热罩和增压器隔热罩为研究对象,选择搭载两级增压器的3台S U V车型对其进行1000r/m i n的怠速测试㊂对产生同步噪声放大的整车进行锤击测试,计算了2个隔热罩的固有频率,并将其与怠速时增压器同步噪声的频率结合进行分析㊂根据试验数据结果进行分析,两级增压器的增压器隔热罩对增压器的同步噪声基本没有放大效果,而D P F 前置催化器隔热罩会对增压器的同步噪声造成放大影响㊂为了减少同步噪声的放大,需对D P F前置催化器隔热罩的设计进行优化㊂通过对D P F前置催化器隔热罩增加焊点,可降低安装隔热罩时的差异性,改善同步噪声的放大影响㊂参考文献[1]吴旭陵.高性能柴油机两级增压器的匹配开发[J].汽车与新动力, 2018,1(4):86-90.[2]李惠彬,周江伟,孙振莲,等.车用涡轮增压器噪声与振动机理和控制[M].机械工业出版社.2012.[3]汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法.[S].G B1495 2002.[4]周仁睦.机械转子动平衡 原理㊁方法和标准[M].化学工业出版社,1992.172020年第4期。
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内燃机两级涡轮增压技术的研究
近年来,随着客户要求的提高,对整车动力性、经济性、舒适性提出更高的标准,同时为了兼顾日趋严格的法规要求,两级涡轮增压技术成为增压技术的研究热点和发展趋势。
论文针对某型号两级增压柴油机进行试验,结果表明,两级增压有效提高了柴油机全工况性能,尤其是低速工况及部分负荷工况的动力性和燃油经济性。
标签:两级增压;涡轮;发动机性能
0 引言
随着能源与环境问题日益明显,且为适应越来越严格的排放法规要求,对内燃机的动力性与经济性提出了更高的要求。
因此,内燃机节能减排是备受关注的重大科学问题,也是国家能源战略的重要环节。
通过两级涡轮增压降低内燃机的排量,是内燃机节能和减排的关键技术之一。
1 两级涡轮增压技术的研究现状
两级增压系统(Two-stage System)
两级增压技术将两台涡轮增压器(大小可异同、可有无放气阀、可废气涡轮或机械、电力驱动)联合运行,通过控制系统可以按不同顺序、不同比例的多种调节措施对空气进行一级或两级压缩。
某两级涡轮增压是两个WGT增压器进行串联,通过真空调节器对增压器的高、低压技术进行控制,从而满足内燃机各工况下进气量的需求。
因此,近年来两级涡轮增压成为内燃机增压领域受到关注的热点之一。
但两级增压匹配复杂且难度大,是两级增压技术研究的主要难点。
两级增压系统有大小、类型不同的两级增压器,两级增压器之间以及它们与发动机的气动联系更为复杂,对匹配提出了更高的要求。
另外,高低压两级增压器在不同发动机工况下的运行特性及变化趋势是不一致的。
2 两级增压器性能试验及验证
2.1 两级增压器性能试验
论文选用某型号两级涡轮增压柴油机为研究对象,发动机主要参数见下表:
2.2 试验结果:(匹配两级增压器与VGT增压器的区别)
2.3 试验总结
从以上图示可以看出,为兼顾低速与高速的动力性,两级增压器是非常完美的一个选择。
低速段,通过增压器高压级的工作来满足动力性;高速段,通过增压器低压级的工作来满足动力性。
同时,在中负荷区域,油耗也有所降低。
两级增压器在平原地区满足动力性的要求,同时也弥补了高原地区因空气稀薄导致的一系列动力性问题。
3 两级增压器控制原理
两级增压器控制原理如下图所示。
整个结构中需要控制三个阀,包括高压涡轮旁通阀、低压涡轮旁通阀和高压压气机旁通阀,其中进气侧一个阀,废气侧为两个阀。
三个阀门的大体作用:高压涡轮旁通阀控制进入高压级涡轮和低压级涡轮的废气比例,低压涡轮旁通阀控制进入低压级涡轮的废气量,而高压压气机旁通阀则控制新鲜空气进入高压级压气机的比例,可以控制整个增压系统是单级工作还是两级工作。
三个阀门均为负压控制,气动调节。
高压涡轮旁通阀和低压涡轮旁通阀的开度是连续可调的,高压压气机旁通阀开度不能连续可调,只有全开和全关两种状态。
事实上,阀的开度如何控制取决于其真空管路上的控制阀类型,即真空切换阀和真空控制阀。
试验原理:随着发动机转速的提高,低压机压气机压比一直上升,而高压级压气机压比先上升,随后随旁通阀的开启而降低,总压比完全满足内燃机性能的需求;发动机中低转速时,高低两级压气机都具有较高的效率。
当发动机处于低转速工况运行时,旁通阀完全关闭,高温排气气顺次流经高低两级增压器的涡轮。
随着发动机转速的提高,两级涡轮的流量的增长量一样,所以两级增压器的压比都上升,总压比及进气能力都提高。
然而,当总压比太高时,即增压压力太大了,这样,就要限制增压器的开度,避免增压器超速,从而造成增压器的损坏。
4 两级增压器运行工况的分布
两级增压系统运行特点见下图,发动机整个工况范围内分为三个工作区域①、②、③。
①和②区域为高压级、低压级同时工作,即两级增压;③区域为单级增压,只有低压级工作。
②和③区域分别调节高压涡轮旁通阀和低压涡轮旁通阀来达到目标增压压力,即增压压力作为控制目标,闭环控制;而①区域三个阀全部关闭,增压压力不作为控制目标,也不进行控制,类似WGT 的单级增压。
5 结论
通过对两级增压器的研究,匹配结果表明,两级涡轮兼顾发动机的低速与转
速的性能,有效提高该柴油机全工况性能,提高了低速工况及部分负荷工况动力性和燃油经济性。
参考文献
[1] 朱大鑫,涡轮增压与涡轮增压器[M].北京:机械工业出版社,1992.。