某發(fā)動機增壓器匹配方案研究

雷蕾，劉閃閃，張超，林欣欣，李波

（江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601）

0 前言

隨著國家經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，能源需求量越來越大，而石油資源日益枯竭，能源的供需矛盾越發(fā)突出。渦輪增壓技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了工程師們對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放等性能指標(biāo)的要求［1－2］。同時，發(fā)動機增壓器匹配得合適與否對發(fā)動機整機性能將產(chǎn)生直接影響。為了保證整機匹配增壓器后的改善效果，除要求發(fā)動機和增壓器自身性能良好外，兩者匹配應(yīng)表現(xiàn)出最佳的綜合性能［3］。在增壓器匹配分析中，當(dāng)匹配方案較多時，借助一維熱力學(xué)仿真軟件可以對各方案進行全面對比，為匹配選型提供合理建議從而提高工作效率、降低研發(fā)成本［4－5］。目前市場上比較受用戶歡迎的一維熱力學(xué)仿真軟件都經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟［6］，因此文中基于某一維熱力學(xué)仿真軟件對某汽油機增壓器各種匹配方案進行研究。

1 計算模型

基于某一維熱力學(xué)仿真軟件搭建該增壓汽油機的熱力學(xué)分析模型，見圖1。通過與全負(fù)荷外特性試驗數(shù)據(jù)對標(biāo)，包括進排氣損失、進氣量等，進行熱力學(xué)模型校準(zhǔn)，盡可能地模擬發(fā)動機真實工作狀態(tài)，確保模型準(zhǔn)確性。

2 增壓器匹配計算

增壓器匹配的要求:（1）設(shè)計工作點的增壓壓力、空氣流量、汽油機功率、燃油消耗率能達到預(yù)期要求;（2）要盡可能使汽油機運行線穿過壓氣機特性線的高效區(qū)并與喘振邊界線大致平行，且保持合適的距離，即喘振余量在10%～15%之間;（3）在整個工作范圍內(nèi)，發(fā)動機和增壓器的熱負(fù)荷不能超過材料熱應(yīng)力許可范圍。

此次計算將各方案的扭矩、渦前排溫控制在設(shè)計要求值，通過比較油耗、增壓器效率等參數(shù)來分析判斷各方案優(yōu)劣，即找出壓氣機和渦輪機的最佳匹配組合。

（1）計算方案

在增壓器匹配分析中，當(dāng)匹配方案較多時，借助一維熱力學(xué)仿真軟件可以對各方案進行全面對比，為設(shè)計改動提供合理建議從而提高工作效率、降低研發(fā)成本。

目前現(xiàn)有壓氣機A、B和渦輪機C、D，通過兩兩匹配得到4種方案，見表1。

表1 4種匹配方案

（2）計算結(jié)果

圖2為4種方案的全負(fù)荷外特性計算結(jié)果，扭矩、功率、進氣量水平相當(dāng)，且符合目標(biāo)要求。比較油耗水平發(fā)現(xiàn):1 000～3 000 r/min 4種方案水平相當(dāng);3 000～5 000 r/min，選用壓氣機A的方案1和方案2油耗水平較低。

從圖3可以發(fā)現(xiàn):方案1和方案2的增壓器總效率整體上高于方案3和方案4;選用壓氣機A的方案1和方案2壓氣機效率較高;而選用渦輪機C的方案1和方案3渦輪機效率高于選用渦輪機D的方案2和方案4。

分析圖4，1 800～2 000 r/min時4種方案的進氣歧管進氣溫度均超過設(shè)計進氣溫度要求50℃;4 000～5 000 r/min，選用壓氣機B的方案3、4進氣溫度超過設(shè)計要求。3 000～5 000 r/min，選用壓氣機B的進氣壓力高于壓氣機A，這與進氣溫度趨勢相一致。4種方案排氣背壓水平相當(dāng)。

比較圖5、圖6可以發(fā)現(xiàn):低轉(zhuǎn)速區(qū)域，方案1和2的壓氣機A離喘振線距離更遠，留有的喘振裕度更大一點;中高轉(zhuǎn)速區(qū)域，方案1和2的壓氣機A效率也更高。

3 結(jié)論

（1）4種增壓器匹配方案均能滿足全負(fù)荷性能目標(biāo)要求。

（2）方案1為4種方案中的最優(yōu)方案，壓氣機A要優(yōu)于壓氣機B，渦輪機C要優(yōu)于渦輪機D。

【1】王軍，李龍超，李自強.某客車動力總成匹配優(yōu)化計算［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，32（11）:41 －43.

【2】陳家瑞.汽車構(gòu)造［M］.北京:人民交通出版社，2000:255－256.

【3】周龍保.內(nèi)燃機學(xué)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010:65－67.

【4】劉永長.內(nèi)燃機原理［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001:220－221.

【5】王啟航.現(xiàn)代車用柴油機實用技術(shù)［M］.大連:大連理工大學(xué)出版社，2012:19－20.

【6】王超，楊陳，沈源，等.進氣歧管結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響［J］.內(nèi)燃機，2013，6（3）:16－19.