CN112081679A - 变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法 - Google Patents

变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法 Download PDF

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CN112081679A CN202010584767.9A CN202010584767A CN112081679A CN 112081679 A CN112081679 A CN 112081679A CN 202010584767 A CN202010584767 A CN 202010584767A CN 112081679 A CN112081679 A CN 112081679A
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Abstract

本发明提供一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，变海拔全工况柴油机性能恢复依赖二级可调增压系统与共轨燃油系统的协同控制，双VGT二级可调增压系统设计参数包括：高、低压级增压器效率、增压比和膨胀比分配，控制参数包括：高\低压级VGT叶片、低压级中冷效率和中冷强度。变海拔柴油机增压设计参数、增压控制参数与喷油参数的协同控制，实现充量密度最大、有效热效率最大、涡轮膨胀比最大、二级涡轮等熵效率最大、两级压气机耗功最小、泵气损失最小。根据海拔和柴油机工况的变化，通过协同控制增压、中冷和喷油参数，实现进气、燃烧和排气各系统的能量优化配置，最终实现变海拔(0m～5500m)柴油机性能的全面提升。

Description

变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配 方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法。
背景技术
我国是一个高原大国，拥有世界上面积最大的高原地域。青藏高原是世界上最具代表性的高原，平均海拔超过4000m，总面积达240万km2，约占国土面积的1/4，具有极其重要的国民经济与国防战略地位。长期以来，由于缺少系统科学的研究，同时缺乏先进的试验条件和技术支撑，导致柴油机在高原使用中普遍存在“动力下降、起动困难、易开锅、可靠性及耐久性差”等“高原综合症”，严重制约着高原地区的国民经济和国防建设。车辆在高原公路 (如青藏线、川藏线和滇藏线等)行驶时，具有海拔高、落差大、环境恶劣、工况复杂的特点，这对柴油机变海拔适应能力提出极高要求。为提高柴油机变海拔条件下动力性、经济性、排放特性等多个指标，如何根据高原环境的特点改善柴油机的“油-气-室”匹配，协同优化控制不同海拔下增压系统和喷油系统多参数成为性能提高的关键。因此，需要对设计变海拔双VGT二级可调增压系统与共轨燃油系统协同控制方法，实现柴油机各子系统的能量优化配置。
发明内容
针对现有柴油机在变海拔条件下增压系统与燃油共轨系统不能协同控制的技术缺陷，本发明提出了一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法。根据海拔和柴油机工况的变化，通过协同控制增压、中冷和喷油参数，实现进气、燃烧和排气各系统的能量优化配置，最终实现变海拔(0m～5500m)柴油机性能的全面提升。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：变海拔全工况柴油机性能恢复依赖二级可调增压系统与共轨燃油系统的协同控制，其中，二级可调增压系统设计参数包括：高、低压级增压器效率、增压比和膨胀比分配，控制参数包括：高\低压级VGT叶片、低压级中冷效率和中冷强度；
高压级VGT叶片参数决定了进排气压差，进而决定泵气压力损失；
高、低压级VGT叶片以及中冷强度决定了高、低压级压比分配，中冷强度决定压气机进气温度，而高、低压级压比分配以及压气机进气温度共同决定了缸内充量密度和温度；
共轨燃油系统控制参数包括循环喷油量、喷油提前角以及共轨压力，共轨压力结合缸内充量密度和温度共同影响柴油机燃烧过程边界条件，从而影响滞燃期、化学反应率、燃空混合率，并进一步决定柴油机燃烧过程；
燃油机燃烧过程与泵气压力损失参数共同决定有效热效率；
有效热效率结合柴油机燃烧过程共同影响柴油机性能。
而且，柴油机燃烧过程边界条件包括初始温度、压力、燃空当量比、湍动能。
而且，柴油机燃烧过程包括燃烧持续期、燃烧热效率、累计放热量。
而且，柴油机性能包括动力性、经济型、瞬态响应特性。
而且，变海拔全工况柴油机性能恢复在热力循环过程中的优化原则为：最大充量密度、最大燃烧效率、最大涡轮驱动功、最大膨胀比、最小压气机耗功以及最小泵气损失。
而且，二级可调增压系统与柴油机气路联系包括进气和排气两个部分，涡端参数、压端参数和中冷效率共同决定了充量密度大小及排气可用能量的利用与分配；二级可调增压系统分为增压系统设计参数和控制参数，其中，设计参数包括：环境压力和温度、增压器MAP选型、匹配点膨胀比分配和增压比分配；增压控制参数包括：高、低压级VGT叶片开度、中冷效率、非匹配点增压比和膨胀比分配，通过二级增压系统设计参数和控制参数的协同匹配，得到最大充量密度、最小压气机耗功、最大涡轮驱动功和最小泵气损失，实现进气和排气系统效率的全面提升，达到变海拔全工况功率恢复。
而且，在变海拔条件下，随着高压级VGT叶片开度减小，涡轮驱动功增大，但过高的涡前压力导致泵气损失增大，确定以二级涡轮驱动功与泵气损失的差值为目标，调节高压级VGT 叶片开度的大小，其中，二级涡轮驱动功与泵气损失差值为：
WTP＝WT-WP (1)
式中，WT为二级涡轮驱动功，kW；WP为泵气损失功，kW，随着二级涡轮膨胀比升高，WTP增大，存在一个临界涡轮膨胀比，使得WTP达到最大值。
而且，固定高压级VGT叶片开度，在不同海拔1500r/min时，随着LVGT叶片增加，二级涡轮效率先增大后减小。
而且，随增压比之比增加，二级压气机耗功先增大后减小。
而且，海拔5500m二级压气机效率、涡轮效率和中冷温度对泵气平均有效压力影响，泵气损失属于柴油机机械损失的一部分，用泵气平均有效压力ppme表示，当泵气平均有效压力ppme为正值时，换气过程工质对活塞做正功，当泵气平均有效压力ppme为负值时，换气过程工质对活塞做负功，
ppme＝p5-p4＝p0(πT-πc) (2)
柴油机有效热效率：
Figure RE-GDA0002769867950000031
其中，pi为指示平均有效压力；pfame为摩擦平均有效压力；ηv为柴油机容积效率；F为燃空当量比；Hc燃料热值，
为了使有效热效率优化目标不受发动机设计和转速的约束，假设在柴油机全负荷工况下， pfame＜＜ρ4ηvFHc，(3)式可表示为：
Figure RE-GDA0002769867950000032
Figure RE-GDA0002769867950000033
为了使得有效热效率ηe达到最大值，必要要求泵气损失效率ηpme最小，进气密度ρ4可表示为：
Figure RE-GDA0002769867950000034
代入(4)和(5)式中，假设进气流量等于排气流量，进气定压热容等于排气定压热容，简化后得到：
Figure RE-GDA0002769867950000035
Figure RE-GDA0002769867950000036
在一定海拔环境下，低压级压气机进口压力p0和T0为定值，为了使得式(8)中泵气效率ηpme达到最小值，需要合理设置二级压气机效率、二级涡轮机等熵效率、高压级中冷器出口温度T4和高压级涡前排温T5，
为了使得(8)式中泵气损失效率ηpme最小，必然要求泵气平均有效压力ppme最小：
ppme(p0，T0，T4，ηT，ηC)→min (9) 。
本发明的优点和积极效果是：
本发明包括变海拔柴油机增压设计参数、增压控制参数与喷油参数的协同控制，实现充量密度最大、有效热效率最大、涡轮膨胀比最大、二级涡轮等熵效率最大、两级压气机耗功最小、泵气损失最小。
附图说明
图1所示为变海拔双VGT二级可调增压系统与共轨燃油系统协同控制技术方案；
图2所示为本发明的变海拔二级增压柴油机热力循环过程——“四个最大与三个最小原则”；
图3所示为本发明的不同海拔1500r/min指示热效率和排温与充量密度的关系；
图4所示为本发明的5500m海拔1500r/min不同负荷下燃油消耗率随喷油提前角变化规律；
图5所示为本发明的1500r/min时空燃比和最大转矩对应关系；
图6所示为本发明的变海拔双VGT二级可调增压系统多参数协同控制原理；
图7所示为本发明的在不同海拔下LVGT开度为0.6时，HVGT开度对涡轮端参数影响规律；
图8所示为本发明的变海拔环境下LVGT叶片、膨胀比分配与二级涡轮效率关系；
图9所示为本发明的海拔5500m时二级压气机耗功随增压比分配变化规律。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，参见图1所示，变海拔全工况柴油机性能恢复依赖二级可调增压系统与共轨燃油系统的协同控制，
其中，双VGT二级可调增压系统设计参数包括：高、低压级增压器效率、增压比和膨胀比分配，控制参数包括：高\低压级VGT叶片、低压级中冷效率和高压级中冷效率。
高压级VGT叶片参数决定了进排气压差，进而决定泵气压力损失；
高、低压级VGT叶片以及中冷强度决定了高、低压级压比分配，中冷强度决定压气机进气温度，而高、低压级压比分配以及压气机进气温度共同决定了缸内充量密度和温度；
共轨燃油系统控制参数包括循环喷油量、喷油提前角以及共轨压力，共轨压力结合缸内充量密度和温度共同影响柴油机燃烧过程边界条件(初始温度、压力、燃空当量比、湍动能)，从而影响滞燃期、化学反应率、燃空混合率，并进一步决定燃油机燃烧过程，包括燃烧持续期、燃烧热效率、累计放热量；
燃油机燃烧过程与泵气压力损失参数共同决定有效热效率；
有效热效率结合柴油机燃烧过程共同影响柴油机性能(动力性、经济型、瞬态响应特性)。
如图2所示，基于能量优化原则，本发明提出的变海拔二级增压柴油机热力循环过程——四个最大与三个最小原则。高海拔下，随着充量密度的提高，柴油机缸内有效热效率存在临界点，这个临界点的充量密度为最大充量密度。在柴油机部分负荷时，缸内充量和燃油喷射策略相互作用，存在最佳燃空当量比使得有效热效率最大，此时对应的喷油参数最佳。在柴油机全负荷工况下，在一定燃烧裕度条件下，增大循环喷油量以提高柴油机动力性，当接近燃烧边界(最大缸压、最高排气温度)，此时对应一个最低空燃比，对应的柴油机转矩最大。在环境背压降低基础上，通过控制HVGT叶片开度，能够有效控制排气可用能量及膨胀比，使得驱动涡轮做功与泵气损失的差值最大，此时对应为最大膨胀比；LVGT叶片开度合理组织膨胀比分配和二级涡轮效率，膨胀比之比增加存在一个临界值，对应二级涡轮效率最大；根据环境温度变化，合理配合低压级中冷强度、高低压级压气机效率，存在一个临界增压比分配比例，使得二级压气机耗功最小；泵气损失与进排气压差呈线性变化，协同控制二级涡轮效率、二级压气机效率、高压级中冷温度和涡轮膨胀比，一定存在一个最小泵气平均有效压力点，对应的泵气损失最小。
如图3所示，本发明的不同海拔1500r/min指示热效率和排温与充量密度的关系。通过增加增压压力和降低进气温度，充量密度增大，有效热效率升高。当充量密度增加至某一临界值，有效热效率达到最大，此时对应的充量密度为最大充量密度。图3显示不同海拔下，循环喷油量为100mg/cycle时，有效热效率、充量密度和排气温度之间的关系。图3(a)所示为不同高压级中冷温度下，有效热效率随充量密度的变化趋势。从图中可以看出，0m、3500m 和5500m海拔下，柴油机对应的最大充量密度不同，但随着充量密度达到某一临界值，有效热效率均达到最大。同时，随着进气温度的降低，同一海拔下最大充量密度对应的有效热效率升高，这说明进气温度的冷却将更加有利于缸内燃烧化学反应。图3(b)显示了充量密度对排气温度的影响规律，从柴油机能量流向角度分析，最大充量密度对应的最高有效热效率，此时有效功最大，那么对应的排气能量最小，排气温度最低。在图3(b)中，随着进气温度的降低，最大充量密度对应的排气温度也将降低，这说明高压级中冷的合理控制，将更加有利于控制柴油机排气能量损失，减少发动机的热负荷。
如图4所示，本发明的5500m海拔1500r/min不同负荷下燃油消耗率随喷油提前角变化规律。图4显示了海拔5500m柴油机不同负荷时，喷油提前角对有效热效率和燃油消耗率的影响。在图4(a)中，由于在柴油机高负荷工况下，空燃比对应的有效热效率并不是最大值，因此，随着喷油量增加，最佳喷油提前角对应的热效率值下降。并且，随着喷油量增大，最高有效热效率对应的喷油提前角增加，这是因为较长的滞燃期有利于空气和燃油的物理混合过程。不同负荷下，最高有效热效率对应的燃油消耗率最小，柴油机的经济性最优(如图4(b) 所示)。
如图5所示，本发明的1500r/min时空燃比和最大转矩对应关系。以转矩1390N·m为例 (如图5所示)，随着喷油量增加，该转矩线与缸压和排温边界有两个交点，在高海拔时，缸内充量密度较低，最高燃烧压力达不到极值，柴油机最大转矩点在最高排温处，此时空燃比为排温最低空燃比(AFR＝17.9)，在低海拔环境下，柴油机最大转矩处在最高燃烧压力点，此时对应的空燃比为爆压最低空燃比(AFR＝20.9)。综上，在变海拔柴油机全负荷工况下，随着喷油量增大，最大转矩点在转矩线与排温或爆压边界交点，此时对应的空燃比为最低空燃比。
如图6所示，本发明的变海拔双VGT二级可调增压系统多参数协同控制原理。双VGT二级可调增压系统与柴油机气路联系包括进气和排气两个部分。因此，涡端参数、压端参数和中冷效率的设计与匹配共同决定了充量密度大小及排气可用能量的利用与分配。如图6所示，双VGT二级可调增压系统分为增压系统设计参数和控制参数，其中，设计参数包括：环境压力和温度、增压器MAP选型、匹配点膨胀比分配和增压比分配；增压控制参数包括：高、低压级VGT叶片开度、中冷效率、非匹配点增压比和膨胀比分配，通过二级增压系统设计参数和控制参数的协同匹配，得到最大充量密度、最小压气机耗功、最大涡轮驱动功和最小泵气损失，实现进气和排气系统效率的全面提升，达到变海拔全工况功率恢复。
如图7所示，本发明的在不同海拔下LVGT开度为0.6时，HVGT开度对涡轮端参数影响规律。在变海拔条件下，随着HVGT开度减小，涡轮驱动功增大，但过高的涡前压力导致泵气损失增大，确定以二级涡轮驱动功与泵气损失的差值为目标，调节HVGT叶片开度的大小。其中，二级涡轮驱动功与泵气损失差值为：
WTP＝WT-WP (1)
式中，WT为二级涡轮驱动功，kW；WP为泵气损失功，kW。随着二级涡轮膨胀比升高，WTP增大，存在一个临界涡轮膨胀比，使得WTP达到最大值。如图7(a) 所示，随着HVGT叶片开度减小，二级涡轮总膨胀比增大，对应的二级涡轮驱动功增加。但同时泵气损失增大，图7(b)显示了二级涡轮膨胀比增大至某一临界值，对应的涡轮驱动与泵气损失的差值WTP最大，此时二级涡轮膨胀比为最大膨胀比。
如图8所示，本发明的变海拔环境下LVGT叶片、膨胀比分配与二级涡轮效率关系。在实际LVGT叶片开度调节过程中，低压级涡轮效率和涡轮膨胀比分配并非线性相关。进一步探究 LVGT叶片对膨胀比分配和涡轮效率影响，固定HVGT叶片开度为0.4，在不同海拔1500r/min 时，分析LVGT开度对涡轮端参数的影响。根据膨胀比分配与涡轮效率相适应原则，随着LVGT 叶片增加，二级涡轮效率先增大后减小，必然存在一个临界膨胀比之比，使得二级涡轮效率最大，此时对应的高低压级涡轮膨胀比之比为最佳膨胀比分配(如图8(a)和(b))。
如图9所示，本发明的海拔5500m时二级压气机耗功随增压比分配变化规律。以海拔5500m 压缩1kg空气为例，低压级压气机进口温度T0＝265K，高压级进口温度T2分别假设为300K和320K，总增压比πc＝5，设计的高、低压级压气机效率三种情况，分析增压比分配与二级压气机耗功之间的关系。
①ηHC＝70％；ηLC＝70％；
②ηHC＝68％；ηLC＝72％；
③ηHC＝72％；ηLC＝68％；
如图9所示，随增压比之比增加，二级压气机耗功先增大后减小。相比T2＝320K，当低压级中冷出口温度T2＝300K，二级压气机耗功明显减小。这是因为级间中冷通过进气温度降低，提高了高压级压气空气密度，使得高压级压缩技术功减少。当
T2＝320K时，随着低压级压气机效率降低，高压级压气机效率增大，二级压气机耗功增大，这是因为高压级压气机进气温度始终大于低压级压气机进气温度，为了使得二级压气机耗功最小，应尽量提高低压级压气机效率。并用随着低压级效率降低和高压级效率增加，二级压气机最小耗功对应的增压比之比增大。
本发明的海拔5500m二级压气机效率、涡轮效率和中冷温度对泵气平均有效压力影响。泵气损失属于柴油机机械损失的一部分，用泵气平均有效压力(ppme)表示。当泵气平均有效压力(ppme)为正值时，换气过程工质对活塞做正功，当泵气平均有效压力(ppme) 为负值时，换气过程工质对活塞做负功。
ppme＝p5-p4＝p0(πT-πc) (2)
柴油机有效热效率：
Figure RE-GDA0002769867950000071
其中，pi为指示平均有效压力；pfame为摩擦平均有效压力；ηv为柴油机容积效率；F为燃空当量比；Hc燃料热值。
为了使有效热效率优化目标不受发动机设计和转速的约束，假设在柴油机全负荷工况下， pfame＜＜ρ4ηvFHc。(3)式可表示为：
Figure RE-GDA0002769867950000072
Figure RE-GDA0002769867950000081
为了使得有效热效率ηe达到最大值，必要要求泵气损失效率ηpme最小。进气密度ρ4可表示为：
Figure RE-GDA0002769867950000082
代入(4)和(5)式中，假设进气流量等于排气流量，进气定压热容等于排气定压热容，简化后得到：
Figure RE-GDA0002769867950000083
Figure RE-GDA0002769867950000084
在一定海拔环境下，低压级压气机进口压力p0和T0为定值，为了使得式(8) 中泵气效率ηpme达到最小值，需要合理设置二级压气机效率、二级涡轮机等熵效率、高压级中冷器出口温度T4和高压级涡前排温T5。
为了使得(8)式中泵气损失效率ηpme最小，必然要求泵气平均有效压力ppme最小，即：
ppme(p0，T0，T4，ηT，ηC)→min (9)
下面以海拔5500m(p0＝0.5bar，T0＝268K)最大转矩点，增压比πc＝5为例，分析二级压气机效率ηC、二级涡轮效率ηT和高压级中冷温度T5不同组合方式时，泵气损失变化规律。在表1中，第五组组合中，在ηC＝0.7、ηT＝0.7、T4＝361K时，泵气平均有效压力ppme＝0.0468bar，泵气损失达到最小。
通过以上分析表明，在变海拔条件下，高压级中冷效率、高低压级增压器效率、涡轮膨胀比合理组织，能够实现泵气损失最小。
表1海拔5500m二级压气机效率、涡轮效率和中冷温度对泵气平均有效压力影响
Figure RE-GDA0002769867950000085
Figure RE-GDA0002769867950000091
综上所述，本发明创造的实施方式，仅为本发明创造实施方式的一部分，但发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明创造揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明创造的保护范围应以所属权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：变海拔全工况柴油机性能恢复依赖二级可调增压系统与共轨燃油系统的协同控制，其中，二级可调增压系统设计参数包括：高、低压级增压器效率、增压比和膨胀比分配，控制参数包括：高\低压级VGT叶片、低压级中冷效率和中冷强度；
高压级VGT叶片参数决定了进排气压差，进而决定泵气压力损失；
高、低压级VGT叶片以及中冷强度决定了高、低压级压比分配，中冷强度决定压气机进气温度，而高、低压级压比分配以及压气机进气温度共同决定了缸内充量密度和温度；
共轨燃油系统控制参数包括循环喷油量、喷油提前角以及共轨压力，共轨压力结合缸内充量密度和温度共同影响柴油机燃烧过程边界条件，从而影响滞燃期、化学反应率、燃空混合率，并进一步决定柴油机燃烧过程；
燃油机燃烧过程与泵气压力损失参数共同决定有效热效率；
有效热效率结合柴油机燃烧过程共同影响柴油机性能。
2.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：柴油机燃烧过程边界条件包括初始温度、压力、燃空当量比、湍动能。
3.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：柴油机燃烧过程包括燃烧持续期、燃烧热效率、累计放热量。
4.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：柴油机性能包括动力性、经济型、瞬态响应特性。
5.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：变海拔全工况柴油机性能恢复在热力循环过程中的优化原则为：最大充量密度、最大燃烧效率、最大涡轮驱动功、最大膨胀比、最小压气机耗功以及最小泵气损失。
6.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：二级可调增压系统与柴油机气路联系包括进气和排气两个部分，涡端参数、压端参数和中冷效率共同决定了充量密度大小及排气可用能量的利用与分配；二级可调增压系统分为增压系统设计参数和控制参数，其中，设计参数包括：环境压力和温度、增压器MAP选型、匹配点膨胀比分配和增压比分配；增压控制参数包括：高、低压级VGT叶片开度、中冷效率、非匹配点增压比和膨胀比分配，通过二级增压系统设计参数和控制参数的协同匹配，得到最大充量密度、最小压气机耗功、最大涡轮驱动功和最小泵气损失，实现进气和排气系统效率的全面提升，达到变海拔全工况功率恢复。
7.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：在变海拔条件下，随着高压级VGT叶片开度减小，涡轮驱动功增大，但过高的涡前压力导致泵气损失增大，确定以二级涡轮驱动功与泵气损失的差值为目标，调节高压级VGT叶片开度的大小，其中，二级涡轮驱动功与泵气损失差值为：
WTP＝WT-WP (1)
式中，WT为二级涡轮驱动功，kW；WP为泵气损失功，kW，随着二级涡轮膨胀比升高，WTP增大，存在一个临界涡轮膨胀比，使得WTP达到最大值。
8.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：固定高压级VGT叶片开度，在不同海拔1500r/min时，随着LVGT叶片增加，二级涡轮效率先增大后减小。
9.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：随增压比之比增加，二级压气机耗功先增大后减小。
10.根据权利要求1所述的变海拔柴油机二级可调增压系统与共轨燃油系统优化匹配方法，其特征在于：海拔5500m二级压气机效率、涡轮效率和中冷温度对泵气平均有效压力影响，泵气损失属于柴油机机械损失的一部分，用泵气平均有效压力ppme表示，当泵气平均有效压力ppme为正值时，换气过程工质对活塞做正功，当泵气平均有效压力ppme为负值时，换气过程工质对活塞做负功，
ppme＝p5-p4＝p0(πT-πc) (2)
柴油机有效热效率：
Figure FDA0002554244670000021
其中，pi为指示平均有效压力；pfame为摩擦平均有效压力；ηv为柴油机容积效率；f为燃空当量比；Hc燃料热值，
为了使有效热效率优化目标不受发动机设计和转速的约束，假设在柴油机全负荷工况下，
pfame＜＜ρ4ηvFHc， (3)
式可表示为：
Figure FDA0002554244670000022
Figure FDA0002554244670000023
为了使得有效热效率ηe达到最大值，必要要求泵气损失效率ηpme最小，进气密度ρ4可表示为：
Figure FDA0002554244670000031
代入(4)和(5)式中，假设进气流量等于排气流量，进气定压热容等于排气定压热容，简化后得到：
Figure FDA0002554244670000032
Figure FDA0002554244670000033
在一定海拔环境下，低压级压气机进口压力p0和T0为定值，为了使得式(8)中泵气效率ηpme达到最小值，需要合理设置二级压气机效率、二级涡轮机等熵效率、高压级中冷器出口温度T4和高压级涡前排温T5，
为了使得(8)式中泵气损失效率ηpme最小，必然要求泵气平均有效压力ppme最小：
ppme(p0，T0，T4，ηT，ηC)→min (9)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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