CN114357646B - 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法 - Google Patents

一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114357646B
CN114357646B CN202111655164.4A CN202111655164A CN114357646B CN 114357646 B CN114357646 B CN 114357646B CN 202111655164 A CN202111655164 A CN 202111655164A CN 114357646 B CN114357646 B CN 114357646B
Authority
CN
China
Prior art keywords
engine
effective
rotating speed
optimal
compression ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111655164.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114357646A (zh
Inventor
吴晗
张泽宇
艾亚全
石智成
李向荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202111655164.4A priority Critical patent/CN114357646B/zh
Publication of CN114357646A publication Critical patent/CN114357646A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114357646B publication Critical patent/CN114357646B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明属于确定方法，具体涉及一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法。它包括：通过绘制出的最佳组合方案线上的有效压缩比与有效膨胀比组合方案使发动机在相应转速工况下，缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，并使缸内热力循环热功转换与缸外热力循环增压效果同时达到较高水平，由此使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率。本发明的显著效果是：(1)缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，(2)发动机可以稳定运行，并且由于对燃烧加热量的分配策略最佳，能量得到充分利用，(3)使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率。

Description

一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法
技术领域
本发明属于确定方法，具体涉及一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法。
背景技术
涡轮增压器的使用可以强化发动机的功率输出与热功转化效果，因而被普遍应用于高强化与高效发动机中。然而，在实际应用过程中，普遍存在两个难题：其一是涡轮增压器的转速使用工况范围狭窄，发动机转速过低，则排气能量过低，给予涡轮机的能量低于压气机所需能量，此状态称为“排气能量亏损”，此时涡轮增压器转轴不断减速甚至无法启动，压气机增压效果很弱，发动机无法稳定运行，而发动机转速过高，则排气能量过高，给予涡轮机的能量高于压气机所需的能量，此状态称为“排气能量盈余”，涡轮增压器转轴不断增速，压气机增压比不断提升，发动机也无法稳定运行，后者固然可以使用废气旁通阀降低排气能量，但会导致燃烧加热量的浪费。上述均是由于缸内外热力循环的能量分配策略不当，导致燃烧加热量被浪费，因而缸内热功转换与缸外增压效果均被削弱，因此第二个难点就是缸内外热力循环的能量分配策略问题，在一定的燃烧加热量条件下，缸内热力循环分配的能量过低，指示热效率降低，缸外热力循环的增压效果可能会提升，但也可能会引起排气能量盈余的问题，而缸内热力循环分配能量过高，指示热效率固然更高，但是缸外热力循环的增压效果可能会降低，甚至可能会出现排气能量亏损的问题。
由于有效压缩比与有效膨胀比均可以调节缸内外热力循环的能量分配比例，因此迫切需要在全转速工况下确定一套最佳有效压缩比与有效膨胀比组合方案，它可以使涡轮机与压气机在达到功率平衡，即保证发动机稳定运行的条件下，同时使缸内外热力循环的能量分配比例最佳，充分利用燃烧加热量，使缸内热力循环的热功转换与缸外热力循环的增压效果均达到较高水平，由此使相应转速工况下发动机均能达到最高指示热效率与最高有效功率。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法。
本发明是这样实现的：一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，包括下述步骤：
通过绘制出的最佳组合方案线上的有效压缩比与有效膨胀比组合方案使发动机在相应转速工况下，缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，并使缸内热力循环热功转换与缸外热力循环增压效果同时达到较高水平，由此使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，
步骤1：确定对象及参数；
步骤2：获取初始实验数据；
步骤3：制图；
步骤4：绘制优选方案Map图；
步骤5：确定最佳组合方案线。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤1包括，
根据实际要确定优化参数发动机的类型和型号，选择类型和型号一致的发动机作为实验对象，选取GT-Power性能仿真软件作为实验平台，发动机转速为发动机标称转速范围，为了得到不同转速发动机性能参数，在每次进行转速调整的时候，以300rpm为最小调整间隔。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤2包括，
利用进、排气相位平移模拟实际发动机的可变正时技术，实现有效压缩比与有效膨胀比的可变，根据外部指定的有效压缩比变化范围和有效膨胀比变化范围，以及外部指定的有效压缩比最小变化间隔和有效膨胀比最小变化间隔，确定有效压缩比研究值个数和有效膨胀比研究值个数，
在每一个研究转速工况下，对各选定有效压缩比与有效膨胀比组合方案进行仿真计算，分别得到发动机有效功率与指示热效率，以及涡轮增压器转轴转速稳定状态，根据涡轮增压器转轴转速稳定状态，进行判断，如果转速不断提升，则记为排气能量盈余状态；如果转速很快维持稳定，则记为排气能量平衡状态；如果转速不断降低，则记为排气能量亏损状态。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤2包括，
外部指定的有效压缩比变化范围为9.2至14.3，有效压缩比变化最小范围为0.6375；外部指定的有效膨胀比变化范围为12.0至13.9，有效膨胀比变化最小范围为0.38。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤3包括，
将每一转速工况下的上述数据绘制成气泡图，横坐标为有效压缩比，纵坐标为有效膨胀比，气泡大小为有效功率，由此区分出发动机可以稳定运行的排气能量平衡区，以及发动机无法稳定运行的排气能量盈余与排气能量亏损区。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤4包括，
根据各研究转速下排气能量平衡区的大小和范围，提取出各研究转速下排气能量平衡区的外缘线并绘制到一幅图中。
如上所述的一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其中，所述的步骤5包括，
将优选方案Map图中各转速工况下曲线顶点连接，连接线为最佳组合方案线，该数据也是本申请的输出。
本发明的显著效果是：(1)本发明所述绘制出的最佳组合方案线上的有效压缩比与有效膨胀比组合方案可以使发动机在相应转速工况下，缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，(2)排气能量不仅可以保证涡轮机与压气机功率平衡，发动机可以稳定运行，并且由于对燃烧加热量的分配策略最佳，能量得到充分利用，(3)可以使缸内热力循环热功转换与缸外热力循环增压效果同时达到较高水平，由此使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率。
附图说明
图1(a)-(g)分别为发动机1300rpm至3100rpm，以300rpm为间隔，各转速下有效压缩比与膨胀比对缸内外热力循环能量分配联合影响气泡图。
图2为有效压缩比与膨胀比优选方案Map图及最佳组合方案线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于更好地解释本发明，并不用于限制本发明。
一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，包括下述步骤：
步骤1：确定对象及参数
根据实际要确定优化参数发动机的类型和型号，选择类型和型号一致的发动机作为实验对象，选取GT-Power性能仿真软件作为实验平台，发动机转速为发动机标称转速范围，为了得到不同转速发动机性能参数，在每次进行转速调整的时候，以300rpm为最小调整间隔。
步骤2：获取初始实验数据
利用进、排气相位平移模拟实际发动机的可变正时技术，实现有效压缩比与有效膨胀比的可变。根据外部指定的有效压缩比变化范围和有效膨胀比变化范围，以及外部指定的有效压缩比最小变化间隔和有效膨胀比最小变化间隔，确定有效压缩比研究值个数和有效膨胀比研究值个数。
外部指定的有效压缩比变化范围一般为9.2至14.3，有效压缩比变化最小范围为0.6375；外部指定的有效膨胀比变化范围一般为12.0至13.9，有效膨胀比变化最小范围为0.38。
在每一个研究转速工况下，对各选定有效压缩比与有效膨胀比组合方案进行仿真计算，分别得到发动机有效功率与指示热效率，以及涡轮增压器转轴转速稳定状态。根据涡轮增压器转轴转速稳定状态，进行判断，如果转速不断提升，则记为排气能量盈余状态；如果转速很快维持稳定，则记为排气能量平衡状态；如果转速不断降低，则记为排气能量亏损状态。
步骤3：制图
将每一转速工况下的上述数据绘制成气泡图，横坐标为有效压缩比，纵坐标为有效膨胀比，气泡大小为有效功率，由此区分出发动机可以稳定运行的排气能量平衡区，以及发动机无法稳定运行的排气能量盈余与排气能量亏损区。
步骤4：绘制优选方案Map图
根据各研究转速下排气能量平衡区的大小和范围，提取出各研究转速下排气能量平衡区的外缘线并绘制到一幅图中。如果图中数据不全，可以根据情况进行补充实验。
步骤5：确定最佳组合方案线
将优选方案Map图中各转速工况下曲线顶点连接，连接线为最佳组合方案线，该数据也是本申请的输出。该曲线可以应用于实验类同型和同型号发动机上。
下面给出一个实际的例子。
步骤1：确定对象及参数
本实施例选择GT-Power性能仿真软件作为实验平台，选择实验机型为一台四缸1.1L二冲程柴油机，并选择了合适的涡轮增压器型号匹配使用。确定了研究转速范围为1300rpm至3100rpm，每300rpm为间隔。
步骤2：获取初始实验数据
指定的有效压缩比变化范围为9.2至14.3，有效压缩比变化最小范围为0.6375指定的有效膨胀比变化范围一般为12.0至13.9，有效膨胀比变化最小范围为0.38。因此，有效压缩比研究值个数为8个，有效膨胀比研究值个数为5个，总有效数据为40个。
在获取相关数据后进入步骤3。
步骤3：制图
将每一转速工况下的上述数据绘制成气泡图，如附图1(a)至(g)
步骤4：绘制优选方案Map图
根据步骤3的制图，绘制优选方案Map图，如附图2所示。
步骤5：确定最佳组合方案线
将优选方案Map图中各转速工况下曲线顶点连接，得到最佳组合方案线，该最佳方案线可用于四缸1.1L二冲程柴油机。
本发明所述绘制出的最佳组合方案线上的有效压缩比与有效膨胀比组合方案可以使发动机在相应转速工况下，缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，其排气能量不仅可以保证涡轮机与压气机功率平衡，发动机可以稳定运行，并且由于对燃烧加热量的分配策略最佳，能量得到充分利用，这可以使缸内热力循环热功转换与缸外热力循环增压效果同时达到较高水平，由此使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率。
上述实施例仅为本发明的一种应用场景，本发明并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法，其特征在于，包括下述步骤：
通过绘制出的最佳组合方案线上的有效压缩比与有效膨胀比组合方案使发动机在相应转速工况下，缸内外热力循环的能量分配比例达到最佳，并使缸内热力循环热功转换与缸外热力循环增压效果同时达到较高水平，由此使发动机达到相应转速下的最高指示热效率与有效功率；
包括下述步骤，
步骤1：确定对象及参数；所述的步骤1包括，
根据实际要确定优化参数发动机的类型和型号，选择类型和型号一致的发动机作为实验对象，选取GT-Power性能仿真软件作为实验平台，发动机转速为发动机标称转速范围，为了得到不同转速发动机性能参数，在每次进行转速调整的时候，以300rpm为最小调整间隔；
步骤2：获取初始实验数据；所述的步骤2包括，
利用进、排气相位平移模拟实际发动机的可变正时技术，实现有效压缩比与有效膨胀比的可变，根据外部指定的有效压缩比变化范围和有效膨胀比变化范围，以及外部指定的有效压缩比最小变化间隔和有效膨胀比最小变化间隔，确定有效压缩比研究值个数和有效膨胀比研究值个数，
在每一个研究转速工况下，对各选定有效压缩比与有效膨胀比组合方案进行仿真计算，分别得到发动机有效功率与指示热效率，以及涡轮增压器转轴转速稳定状态，根据涡轮增压器转轴转速稳定状态，进行判断，如果转速不断提升，则记为排气能量盈余状态；如果转速很快维持稳定，则记为排气能量平衡状态；如果转速不断降低，则记为排气能量亏损状态；
外部指定的有效压缩比变化范围为9.2至14.3，有效压缩比变化最小范围为0.6375；外部指定的有效膨胀比变化范围为12.0至13.9，有效膨胀比变化最小范围为0.38；
步骤3：制图；所述的步骤3包括，
将每一转速工况下的上述数据绘制成气泡图，横坐标为有效压缩比，纵坐标为有效膨胀比，气泡大小为有效功率，由此区分出发动机可以稳定运行的排气能量平衡区，以及发动机无法稳定运行的排气能量盈余与排气能量亏损区；
步骤4：绘制优选方案Map图；所述的步骤4包括，
根据各研究转速下排气能量平衡区的大小和范围，提取出各研究转速下排气能量平衡区的外缘线并绘制到一幅图中；
步骤5：确定最佳组合方案线；所述的步骤5包括，
将步骤4绘制的优选方案Map图中各转速工况下曲线顶点连接，连接线为最佳组合方案线，最佳组合方案线是本方法的输出。
CN202111655164.4A 2021-12-31 2021-12-31 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法 Active CN114357646B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111655164.4A CN114357646B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111655164.4A CN114357646B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114357646A CN114357646A (zh) 2022-04-15
CN114357646B true CN114357646B (zh) 2023-02-17

Family

ID=81102765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111655164.4A Active CN114357646B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114357646B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101532910A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 北京理工大学 涡轮增压器加速性能评价测试方法及试验装置
JP2014077412A (ja) * 2012-10-11 2014-05-01 Hino Motors Ltd ターボチャージャーの制御装置及び制御方法
CN108019275A (zh) * 2016-12-21 2018-05-11 赵志渊 一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法
CN112364453A (zh) * 2020-11-12 2021-02-12 北京理工大学重庆创新中心 发动机建模、分析方法和系统
CN113741211A (zh) * 2021-05-27 2021-12-03 北京交通大学 一种egr系统与增压系统的集成优化匹配的优化方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8931272B2 (en) * 2010-10-29 2015-01-13 Ford Global Technologies, Llc Method and system for limiting output of a boosted engine
CN110555217B (zh) * 2018-05-31 2022-12-13 中国人民解放军陆军军事交通学院 离心压气机变海拔全工况通流设计优化方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101532910A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 北京理工大学 涡轮增压器加速性能评价测试方法及试验装置
JP2014077412A (ja) * 2012-10-11 2014-05-01 Hino Motors Ltd ターボチャージャーの制御装置及び制御方法
CN108019275A (zh) * 2016-12-21 2018-05-11 赵志渊 一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法
CN112364453A (zh) * 2020-11-12 2021-02-12 北京理工大学重庆创新中心 发动机建模、分析方法和系统
CN113741211A (zh) * 2021-05-27 2021-12-03 北京交通大学 一种egr系统与增压系统的集成优化匹配的优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114357646A (zh) 2022-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR840001288B1 (ko) 내연기관 특히 과급기설치 엔진의 효율을 개량하는 방법
JP4417603B2 (ja) 内燃機関
CN100516484C (zh) 可变压缩比内燃机
JP2009007934A (ja) 内燃機関の制御装置および方法
JPS5870023A (ja) 内燃機関の運転条件の改良方法および内燃機関
CN110543715B (zh) 基于仿真计算的两级增压系统匹配方法
CN101949324A (zh) 一种内燃机涡轮增压通流匹配方法
JP3992016B2 (ja) 予混合圧縮自着火式内燃機関の制御装置
Liu et al. Experimental study on thermal balance of regulated two-stage turbocharged diesel engine at variable altitudes
CN113738519A (zh) 柴油机变海拔自适应能量调控方法
CN112081679A (zh) 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
CN114357646B (zh) 一种涡轮增压发动机全工况最佳压缩与膨胀深度匹配方法
Aghaali et al. Demonstration of air-fuel ratio role in one-stage turbocompound diesel engines
CN109372628A (zh) 一种电动增压实现米勒循环柴油发动机系统
CN108661816B (zh) 用于高压共轨柴油机的电控喷射控制方法
Helmantel et al. The new volvo mild hybrid miller engine
CN102287290B (zh) 用于最大化内燃机中的瞬时可变几何涡轮响应的方法
JP2007321684A (ja) 内燃機関の制御装置
CN114510825A (zh) 一种对置活塞高效发动机的最佳相位差获取方法、系统
Nuccio et al. Development through simulation of a turbocharged 2-stroke GDI engine focused on a range-extender application
CN114738109B (zh) 一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法
Fujimoto et al. Present and prospective technologies of rotary engine
Ericsson et al. Optimizing the transient of an SI-engine equipped with variable cam timing and variable turbine
Beak et al. Study on the performance factors of two stage turbo-charging system and maximization of the Miller cycle
CN117252041B (zh) 一种超高强化程度发电柴油机缸径尺寸的优选方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant