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《可变几何涡轮增压器与发动机稳态匹配模型的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、内燃机学报第21卷(2003)第2期Vol.21(2003)No.2TransactionsofCSICE文章编号:1000-0909(2003)02-0155-0621-031X可变几何涡轮增压器与发动机稳态匹配模型的研究郭林福,马朝臣,施新,鲍捷(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京100081)摘要:首先建立了在稳态工况下可变几何涡轮增压器(VGT)和发动机匹配的数学模型,讨论了建模中的几个关键问题。在此基础上,利用simulink建立了VGT与发动机匹配的模拟模型。通过大量的试验对模型进行了验证,结果表明模型的建立是正确的,应用该模型能较准确
2、地预测各种工况下可调叶片的位置、涡轮流量等。最后,利用该模型模拟了过量空气系数一定时叶片转角随发动机转速、负荷等的变化,以及过量空气系数不同时对叶片转角和增压压力的要求的变化,得出了一些有关可调涡轮增压器匹配和设计的结论。关键词:可变几何涡轮(VGT);匹配;模型;模拟中图分类号:TK423.5文献标识码:A引言3式中:Va为充入气缸的空气容积流量,m/s;n为发动可变几何涡轮(VGT)的涡轮流通截面可以随发机转速,r/min;Z为与一台压气机相连的气缸数;Vh动机工况的变化而改变,理论上它可以在较宽广的发3为气缸工作容积,m;S为冲程数,四冲程为4
3、,二冲程动机工况范围内与发动机保持良好匹配。但要真正实为2;Gv为充气系数。现这种良好匹配,其前提是可以正确确定发动机不同对四冲程增压柴油机,充气系数Gv为0.90~工况下涡轮的流通面积,对于可调喷嘴环叶片式的1105,它随增压压力的升高而略有升高[1],这里假定VGT,就是要正确确定叶片的转角位置。这就需要研它在这一范围内与增压压力成正比,由此带来的误差究叶片转角与发动机工况之间的最佳匹配关系。本文很小。通过建立VGT与发动机的匹配模型,试图从理论上对于带两极式调速器的油泵,在发动机转速以及明确这一关系,并通过模拟给出直观的结果。建立这油门位置一定
4、时,发动机的燃油流量也是一定的。可一模型的目的在于:一是可以模拟发动机在不同转速调涡轮增压器可以调节发动机的进气量,假设在发动和油门位置下可调叶片的最佳转角位置,为控制可调机的各种工况下它都能够供给使燃油完全燃烧所需要涡轮提供依据;二是可以研究叶片转角位置变化对过的空气量,即对任一工况都可以事先设定一个较合理量空气系数、发动机有效效率以及增压压力、膨胀比等的过量空气系数,因此充入气缸的质量流量mÛa(kg/s)的影响;三是可以通过重点考察发动机在标定点、最大还可以根据燃油消耗量mÛf来计算:转矩点、低速小负荷、怠速等工况下的可调叶片位置,mÛfWsA
5、L0为设计可调喷嘴环等部件提供参考。mÛa=3600(2)式中:Ws为扫气系数;A为过量空气系数;L0为理论空1数学模型的建立燃比。模型包含发动机、涡轮和压气机3个相对独立的由式(1)和式(2)可以得到充入气缸的空气密度部分以及它们之间的相互关系,建立这一模型的基础Qa。由气体状态方程可知,充入气缸内的空气压力pa为质量守恒、能量守恒、动量守恒原理以及基本的气体(Pa)为动力学关系和几何关系。pa=QaRTa1.1压气机流量、压比和涡轮流量的确定mÛfWsAL0设充入气缸的空气容积流量为Va,则=nGvRTa(3)3zVh316@10Va=nZVh(
6、2/S)Gv/60(1)30SX收稿日期:2002-09-09;修订日期:2002-09-23。作者简介:郭林福(1975-),男,博士生,主要研究方向为内燃机增压与电子控制技术。#156#内燃机学报第21卷第2期由于进气管道与中冷器阻力的影响,压气机所提在图1中,以各试验点为横坐标,这些试验点发动供的空气压力pc应为pa加上进气管道压力损失和中机转速的变化范围为1400r/min到3200r/min,叶冷器的阻力。式(3)中,Ta为气缸入口处的温度,在不片转角的变化范围为17b~46b,两者都有大幅度的变加中冷器时,可以认为Ta与压气机出口温度Tc
7、相同;化,但是从图中可以看出,这两个系数却没有很明显的有中冷器时,Ta可由Tc以及中冷器参数求得。Tc可变化。在100%负荷时,这两个系数的波动幅度在4%由压气机的效率、进口温度T1和pc等求得。在无旁之内;在50%负荷时,这两个系数的波动幅度为通装置时,流过涡轮的燃气流量mÛT就等于排气流量,515%;在75%和50%负荷也有类似的结果。因此,在即为mÛc与mÛf之和。模型中,某一油门位置下的这两个系数取的是多次试1.2涡轮前燃气的温度、压力和增压器转速验结果的平均值,并采用线性插值的方法确定这两个在定压增压系统中,内燃机排气总管中的平均温系数随油
8、门位置的变化情况,由此带来的误差在度即为涡轮前的燃气平均温度,因此可由内燃机工作2175%以内。循环的热平衡
