車用重型柴油機(jī)可控機(jī)械復(fù)合渦輪系統(tǒng)總能效率優(yōu)化研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)排氣余壓能的回收與利用是進(jìn)一步提高燃油能量利用效率，降低車輛道路油耗的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文采用機(jī)械復(fù)合渦輪技術(shù)進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)余壓能的回收，即動(dòng)力渦輪布置在增壓渦輪下游，將增壓渦輪尚未充分利用的排氣余壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)與曲軸耦合，對(duì)外輸出做功。針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械復(fù)合渦輪系統(tǒng)中動(dòng)力渦輪運(yùn)行效率較低和小負(fù)荷下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化嚴(yán)重的問(wèn)題，提出了一種可控機(jī)械復(fù)合渦輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用動(dòng)力渦輪廢氣旁通閥和無(wú)級(jí)變速器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)

2、增壓渦輪和動(dòng)力渦輪的運(yùn)行狀態(tài)，以獲得最大的總能效率。
　　本文首先基于GT-SUITE搭建了可控機(jī)械復(fù)合渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)及整車仿真平臺(tái)，內(nèi)燃機(jī)排氣流量、排氣溫度以及發(fā)動(dòng)機(jī)功率的模型最大誤差分別為4％，6%和5%，其精度滿足可控機(jī)械復(fù)合渦輪系統(tǒng)匹配規(guī)律和動(dòng)態(tài)控制規(guī)律研究的需求。
　　采用以上仿真平臺(tái)，研究了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（動(dòng)力渦輪通流面積、增壓渦輪通流面積與傳動(dòng)速比）對(duì)總能效率的影響規(guī)律；進(jìn)而提出了增壓渦輪、動(dòng)力渦輪和傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配策

3、略。采用高速公路工況為典型工況，以高速公路工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩分布最集中的工況點(diǎn)作為匹配工況點(diǎn)，對(duì)動(dòng)力渦輪、增壓渦輪和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行匹配。匹配后，內(nèi)燃機(jī)額定工況總能效率提高5.4%，高速公路工況道路油耗降低1.33%。
　　針對(duì)內(nèi)燃機(jī)的全工況特性，采用了無(wú)級(jí)變速器調(diào)節(jié)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速，以優(yōu)化動(dòng)力渦輪非匹配點(diǎn)運(yùn)行效率。研究了動(dòng)力渦輪廢氣旁通閥調(diào)節(jié)動(dòng)力渦輪和增壓渦輪運(yùn)行工況，以及動(dòng)力渦輪回收功率和內(nèi)燃機(jī)功率損失的作用規(guī)律，提出了動(dòng)力渦輪旁

4、通閥的控制策略：在小負(fù)荷工況動(dòng)力渦輪旁通閥全開(kāi)，降低內(nèi)燃機(jī)的泵氣損失；在中大負(fù)荷工況動(dòng)力渦輪旁通閥全關(guān)，提高動(dòng)力渦輪的回收功率。結(jié)果表明：基于全工況下無(wú)級(jí)變速器和動(dòng)力渦輪旁通閥的優(yōu)化策略，能夠降低高速公路工況油耗1.54%。
　　道路工況下，內(nèi)燃機(jī)工況具有瞬變性，增壓遲滯是影響道路油耗的關(guān)鍵因素。因此考慮到動(dòng)力渦輪旁通閥對(duì)增壓渦輪出口壓力的調(diào)節(jié)作用，研究了動(dòng)力渦輪旁通閥對(duì)進(jìn)氣增壓瞬態(tài)響應(yīng)特性的調(diào)節(jié)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出了動(dòng)力渦輪旁