带有进排气旁通的某型柴油机性能仿真研究.pdf

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1、李舒春杨传雷石凡王银燕：带有进排气旁通的某型柴油机性能仿真研究水—父—，c—父—，c—父—父—％《设计研究》哇r1盯—)f，)f—)f—af—珊带有进排气旁通的某型柴油机性能仿真研究SimulationonPerformanceofSequentialTurbochargingDieselEnginewithInletandExhaustBypassSystem李舒春1杨传雷2石凡2王银燕2(1．陕西柴油机重工有限公司2．哈尔滨工程大学)[摘要]相继增压和进排气旁通相结合的复合增压技术(STC—CAB)是拓宽增压柴油机运行区域，优化增压器与柴油机匹配

2、的重要技术措施。为了分析STC—CAB系统对某型柴油机性能的影响，基于GT—POWER仿真平台对其进行了仿真研究。结果表明：STC—CAB系统可以使发动机运行点远离压气机喘振区，有效扩大柴油机中低速运行区域，改善低速大扭矩性能，使涡轮进口温度大幅度下降。[关键词]柴油机相继增压进排气旁通仿真Keywords：NletandExhaustBypass；SequentialTurbocharing；PerformanceofDieselEngine0引言随着社会的不断发展，对柴油机性能的要求也越来越高。与相继增压技术一样，进排气旁通(CAB)技术也是优化

3、涡轮增压器与柴油机之间的匹配、改善柴油机性能有效方式之一。本文以带有进排气旁通的相继增压柴油机为研究对象，计算分析进排气旁通对相继增压柴油机性能的影响，揭示复合增压系统的优越性。1CAB—STC系统原理进排气旁通fCAB)是指通过开启旁通阀使压气机出口的一部分空气不经过气缸而直接进入涡轮，通过合理的控制旁通空气量，使部分负荷时柴油机与增压器的匹配运行线远离喘振线而位于更佳效率区，同时较大幅度降低了涡轮进口温度，从而改善柴油机性能。相继增压与进排气旁通涡轮增压系统(STC—CAB)是STC系统和CAB技术的结合。STC—CAB系统具有以下特点：柴油机与

4、涡轮增压器之间的匹配更加优化，能有效的避免压气机喘振现象的发生；有效的扩大柴油机功率运行范围；减小柴油机的热负荷，降低NOx排放：结构简单可靠，易于实现。2仿真模型的建立与验证在GT—Power软件环境中建立增压柴油机仿真模型，排气管内流动采用前述基于交错网格的有限体积法进行计算；缸内模型采用容积法，以三韦伯半经验公式来模拟燃烧放热规律，缸内周壁传热采用Woschni模型：柴油机平均摩擦压力采用Chen—Fly．nn模型，即平均摩擦损失压力是柴油机转速与缸内爆发压力的函数：压气机与涡轮特性采用工厂提供的试验曲线，数组存人，插值求取。图1为采用四台增压

5、器相继增压后的柴油机模型，排气管采用自定义编制的一维流动程序进行计算，其余部件则采用GT—Power中的模块进行建模。●蕾；}‘4—1卜皇．。寸!窿蘩卜书胃一节圉卜罅卜1卜嘈H卜吲卜一崔#===：。：：==二2=====一●“—t二--7r7广L一一．童I}一；一U一一!—}一!．。3自b6图1采用四台增压器相继增压的柴油机模型2内燃机与配件2013年第12期为验证前述计算模型在整机性能研究中的有效性，按照标准螺旋桨特性对其进行了稳态工作过程计算。计算结果表明，各性能参数的计算值与试验值均基本吻合，除了25％负荷时涡轮出El温度的误差为5．94％外．

6、其它各参数各工况下的误差均在1％左右．说明柴油机模型计算准确，各边界条件处理合理。图2和图3则为柴油机标定工况下缸内压力变化曲线对比，由于计算曲线与试验曲线基本上重合，为清晰起见，将两者分成两幅图来表示，该图进一步说明了模型的正确性，利用本文所介绍的建模方法能够有效的进行增压柴油机性能仿真研究。0∞’∞1∞2403100360420瑚湘鲫嘲72【C—瞳蛐fC^)图2标定工况下的缸内压力试验值曲线曲轴转fn．(’A图3标定工况下的缸内压力计算值曲线3GAB对柴油机性能影响研究计算将基于GT—POWER发动机仿真软件进行，为较全面研究CAB对增压柴油机性

7、能的影响．分别对各运行状态下柴油机打开旁通阀时的万有特性进行计算。柴油机的运行区域除采用最大燃油齿条位置、气缸最大爆发压力、涡轮进口温度以及增压器转速进行限制之外，还应满足进气增压压力大于涡轮进口压力这一条件．即Pc／Pt>1，以保证增压空气通过旁通支管流向涡轮进口。从而实现CAB功能。3．1运行范围分析通过计算发现。由于在1TC状态下涡轮流通面积小。涡轮排气背压高，不满足Pc／Pt>I的限制条件，故在柴油机以1TC状态运行时，不宜启用CAB。柴油机分别在2TC、3TC以及4TC运行状态下时，CAB技术并不能在柴油机的全转速全负荷范围内使用，在柴油机

8、的低转速以及低负荷范围内，由于涡轮废气能量不足，压气机提供的增压压力低于涡轮进口压力，也不满足进排气旁通条件