柴油机变海拔涡轮增压技术研究

论文摘要

我国的高原地形具有平均海拔高和海拔变化范围大的特点。工作在高原地区的柴油机不仅面临着由海拔升高,大气压力下降,进气量减少引起的动力性、经济性下降问题,更面临着变海拔适应性问题。采用增压匹配和供油调整方法只能实现柴油机在固定海拔的功率恢复,变海拔适应能力不足。柴油机匹配可变截面增压器,通过调整涡轮流通截面,可以满足不同海拔的柴油机增压需求,实现柴油机的变海拔自适应增压。论文采用高原大气模拟系统,进行了涡轮增压柴油机变海拔模拟试验。基于压气机的高原修正模型和固定截面涡轮通流模型,建立了经试验数据校核的涡轮增压柴油机仿真平台。试验及仿真研究了涡轮增压柴油机的变海拔适应性问题。建立了可变截面涡轮通流模型和可变截面增压柴油机仿真平台,研究了变海拔可变截面增压匹配准则,进行了可变截面涡轮设计和压气机选型,为柴油机匹配了可变截面增压器。进行了可变截面增压柴油机变海拔匹配性能仿真研究。仿真结果表明,柴油机匹配可变截面增压器能适应海拔的变化,明显降低因海拔上升引起的柴油机性能下降,实现变海拔的最佳动力性和燃油经济性,并有效避免压气机喘振、增压器超速和涡轮前排气温度过高等问题。建立了基于可变截面增压的柴油机变海拔自适应增压系统,仿真研究了分别以动力性、燃油经济性最优和加载、加速响应最优为控制目标的稳态及瞬态控制策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 高原问题研究背景
• 1.2 高原问题研究现状及难点
• 1.2.1 高原问题研究现状
• 1.2.2 高原问题研究难点
• 1.3 论文目的和主要工作
• 第2章 涡轮增压柴油机变海拔性能模拟试验及仿真研究
• 2.1 柴油机高原大气模拟台架试验
• 2.1.1 高原大气模拟系统
• 2.1.2 发动机
• 2.1.3 测试系统
• 2.2 试验结果及分析
• 2.2.1 外特性试验结果及分析
• 2.2.2 大气温度对发动机性能的影响
• 2.3 涡轮增压柴油机仿真模型
• 2.3.1 系统建模
• 2.3.2 主要模块参数设置
• 2.3.3 压气机高原修正模型
• 2.3.4 涡轮通流模型
• 2.3.5 模型校核
• 2.4 涡轮增压柴油机变海拔性能仿真研究
• 2.4.1 外特性仿真结果及分析
• 2.4.2 涡轮增压器的变海拔性能
• 2.4.3 负荷特性仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 涡轮增压柴油机变海拔匹配研究
• 3.1 可变截面增压匹配
• 3.1.1 可变截面涡轮流通与效率特性
• 3.1.2 可变截面增压匹配准则
• 3.2 可变截面涡轮通流模型
• 3.2.1 数学物理模型
• 3.2.2 通流模型建模
• 3.3 涡轮增压柴油机变海拔匹配研究
• 3.3.1 柴油机与可变截面涡轮及HX-50 压气机匹配性能分析
• 3.3.2 柴油机与新可变截面涡轮及GT 系列压气机匹配性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 柴油机变海拔涡轮增压系统控制策略研究
• 4.1 柴油机变海拔涡轮增压系统
• 4.1.1 控制系统
• 4.1.2 控制策略
• 4.2 变海拔增压系统控制策略研究
• 4.2.1 最佳增压压力MAP 图及最佳喷嘴环开度MAP 图
• 4.2.2 强瞬态最佳喷嘴环开度控制策略
• 4.3 本章小结
• 第5章 研究工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果