CN114922726A - 一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法 - Google Patents

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张泽宇
谢亮
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Abstract

本发明公开了一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，所述匹配方法通过在柴油机进气道设置串联式相继增压器和可变涡流比装置实现；所述串联式相继增压器由串联的低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器组成；所述匹配方法为：在柴油机低转速范围内，启用低压级涡轮增压器和可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比保持在低涡流比常数值不变；在柴油机中高转速范围内，启用低压级涡轮增压器、高压级涡轮增压器及可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比随柴油机转速增高而不断增大。本发明能够解决单独使用相继增压系统后，柴油机高转速时有效热效率降低的问题。

Description

一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法
技术领域
本发明属于发动机进气系统技术领域，具体涉及一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法。
背景技术
涡轮增压器是柴油机强化的核心技术，利用涡轮增压器提升进气充量，增大循环加热量，可以有效提升柴油机功率。
传统单级相继增压器的最高增压比普遍小于3.5，且单级增压比越高，涡轮增压器转速越高，尺寸也越大，导致增压响应迟滞，此外，由于涡轮增压器的高效运行范围集中在发动机中转速范围内，因此无法平衡高低转速范围内的高效运行需求。然而，串联式相继增压器可以在低转速范围内使用低压级涡轮增压器，保证涡轮增压器在低转速范围内高效输出更高的增压比，而在高转速范围内使用串联式两级增压器，新鲜空气相继流入低压级与高压级压气机，总增压比是两级压气机增压比之和，有效提升了增压比，降低了对单级涡轮增压器增压能力的需求，并且可以使高压级涡轮增压器在高转速范围内高效运行。
使用相继增压系统后，虽然高转速时的增压比提升，但是柴油喷雾的背景气密度也大幅提升，其极大程度地提升了柴油喷雾的动量耗散，抑制了喷雾在空间上的扩展，削弱了油气混合能力，使燃烧持续期延长，导致高强化柴油机高转速时的有效热效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，能够解决单独使用相继增压系统后，柴油机高转速时有效热效率降低的问题。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，所述匹配方法通过在柴油机进气道设置串联式相继增压器和可变涡流比装置实现。
进一步的，所述串联式相继增压器由串联的低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器组成。
进一步的，所述匹配方法为：
在柴油机低转速范围内，启用低压级涡轮增压器和可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比保持在低涡流比常数值n不变；
在柴油机中高转速范围内，启用低压级涡轮增压器、高压级涡轮增压器及可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比随柴油机转速增高而不断增大。
进一步的，所述低涡流比常数值n满足0≤n≤1.2。
进一步的，所述进气涡流比SR与柴油机转速rpm之间的关系为：
在柴油机低转速范围内，进气涡流比SR＝n；
在柴油机中高转速范围内，进气涡流比SR＝5*10-10*rpm3-5*10-6*rpm2+0.0161*rpm-16.83+n。
有益效果：
(1)本发明通过在柴油机进气道设置串联式相继增压器和可变涡流比装置，且串联式相继增压器由串联的低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器组成，在柴油机低转速范围内使用低压级涡轮增压器，此低压级涡轮增压器可以在低流量条件下高效输出较高的增压比，并通过调节可变涡流比装置参数，始终匹配较低的缸内进气涡流比，不损失充量系数，实现低速大扭矩特性；在柴油机高转速范围内使用串联式相继增压器，使空气相继流入低压级与高压级涡轮增压器，高压级涡轮增压器可以在高流量条件下高效输出高增压比，总增压比等于两级压气机增压比之和，从而获得单级涡轮增压器难以达到的高增压比；同时通过调节可变涡流比装置参数，使得缸内进气涡流比随转速增大而不断提升，牺牲部分充量系数，提升油气混合能力，从而提升主燃期燃烧速率，同时增大喷雾贯穿率，抑制附壁燃烧，降低后燃比例，在二者综合作用下缩短燃烧持续期，提升有效热效率；
因此，本发明使用可变涡流比装置在柴油机高转速时提升缸内涡流比，通过牺牲高转速时部分的充量系数，用于提升油气混合能力以及降低附壁燃烧比例，缩短燃烧持续期，提升高转速时的有效热效率，在低转速时则保持较低的进气涡流比，不损失充量系数，保证低转速时充足的扭矩。
(2)本发明的低涡流比常数值n满足0≤n≤1.2，使得在柴油机低转速时，保持较低的进气涡流比，不损失充量系数。
(3)本发明在柴油机中高转速范围内，进气涡流比SR与柴油机转速rpm之间的关系满足：SR＝5*10-10*rpm3-5*10-6*rpm2+0.0161*rpm-16.83+n；能够使得柴油机在中高转速范围内，提升柴油机的有效热效率。
附图说明
图1为本发明的匹配方法的原理图。
图2为固定涡流比与可变涡流比策略下的涡流比和充量系数对比图。
图3为固定涡流比与可变涡流比策略下的有效扭矩与有效热效率对比图。
图4为固定涡流比与可变涡流比策略下的有效热效率与10％至90％累计放热率的持续曲轴转角对比图。
图5为2500rpm发动机转速时固定涡流比与可变涡流比策略下喷雾射流当量比云图对比图。
图6为2500rpm发动机转速时固定涡流比与可变涡流比策略下的瞬时放热率对比图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，该方法通过在柴油机进气道设置串联式相继增压器和可变涡流比装置实现；所述串联式相继增压器由串联的低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器组成；
如附图1所示，所述匹配方法为：
在柴油机低转速范围内，进气道处于低流量状态，此时仅启用低压级涡轮增压器，该低压级涡轮增压器可在低流量条件下高效输出较高的增压比，由于柴油机低转速时增压比相对高转速时较低，因此需要启用可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比(以下简称涡流比)维持较低的水平，即涡流比小于1.2，不损失充量系数，以此保证低转速时的大扭矩特性；
在柴油机中高转速范围内，进气道处于高流量状态，此时同时启用低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器，空气相继流入低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器，高压级涡轮增压器可以在高流量条件下高效输出很高的增压比，串联式相继增压器输出的总增压比等于低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器各自输出的增压比之和，从而获得单级涡轮增压器难以达到的高增压比；由于高转速时增压比很高，其引起的高背景气密度造成喷雾动量严重耗散，喷雾在空间上的扩展受到制约，导致油气混合能力降低，燃烧持续期延长，有效热效率降低；因此，需要启用可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比随柴油机转速增高而不断增大，牺牲部分充量系数，提升油气混合能力，增大主燃期燃烧速率，同时增大喷雾贯穿率(喷雾射流距离与缸径之比)，降低附壁燃烧比例，从而抑制后燃；上述增大主燃期燃烧速率及降低附壁燃烧比例可以缩短燃烧持续期，提升等容度，从而有效提升高转速时的有效热效率。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，以一台3.0T四缸串联相继涡轮增压柴油机使用不同涡流比匹配方法时的数据进行对比说明。
如附图1所示为实施例1提出的串联式相继增压器与涡流比匹配方法，在柴油机低转速范围内，如本实施例所述的500～2000r/min之内使用低压级涡轮增压器，通过调节可变涡流比装置参数，始终匹配较低的缸内进气涡流比，本实施例中采用涡流比＝1；在柴油机高转速范围内，如本实施例所述的2000～4000r/min之内使用串联式的两级涡轮增压器，使空气相继流入低压级涡轮增压器与高压级涡轮增压器，同时随柴油机转速不断增大，通过调节可变涡流比装置参数，不断提升缸内进气涡流比；
所述进气涡流比SR与柴油机转速rpm之间的关系为：
若rpm≤2000rpm，为柴油机低转速范围内的低涡流比阶段，
此时，涡流比SR＝n，0≤n≤1.2；
若rpm＞2000rpm，为柴油机中高转速范围内涡流比不断增大的阶段，
涡流比SR＝5*10-10*rpm3-5*10-6*rpm2+0.0161*rpm-16.83+n
其中，rpm为柴油机转速，单位为r/min；SR为涡流比，无量纲；n为低涡流比阶段的低涡流比常数值，无量纲；
在本实施例中，n＝1；
因此，rpm≤2000rpm时，涡流比SR＝1；
rpm＞2000rpm时，涡流比SR＝5*10-10*rpm3-5*10-6*rpm2+0.0161*rpm-15.83。
如附图2所示为固定涡流比与可变涡流比策略下的涡流比和充量系数对比，由图中可以看出，在柴油机的高转速范围内，随柴油机转速提升，不断提升进气涡流比时，会导致充量系数降低。
如附图3所示为固定涡流比与可变涡流比策略下的有效扭矩与有效热效率对比，固定涡流比和可变涡流比与图2保持一致，由图3中可以看出，在柴油机的高转速范围内，随柴油机转速提升，如果保持进气涡流比为较低的状态(即固定涡流比)时，有效热效率会逐渐降低；然而，若随转速提升而不断提升进气涡流比(即可变涡流比增大)时，与固定涡流比对应的有效热效率相比时，可变涡流比对应的有效热效率有所提升，有效热效率随柴油机转速升高仅是略微降低；此外，虽然与固定涡流比相比，提升可变涡流比会导致进气充量降低，但是由于有效热效率也得到了提升，因此可变涡流比对应的有效扭矩相比于固定涡流比的有效扭矩仅是略有降低。
如附图4所示为固定涡流比与可变涡流比策略下的有效热效率与10％至90％累计放热率的持续曲轴转角对比，固定涡流比和可变涡流比与图2保持一致，由图4中可以看出高转速范围内有效热效率的降低是由于燃烧持续期增长所导致的，其原因是由于增压比提升引起喷雾背景气密度增大所导致的，其使喷雾动量严重耗散，削弱了油气混合能力，延长了燃烧持续期，减小了等容度，降低了有效热效率；然而，通过柴油机转速提升不断提升涡流比，如附图5所示，可以有效降低射流内部当量比，提升了油气混合能力，同时增大了喷雾贯穿率(喷雾射流距离与缸径之比)，抑制了附壁燃烧；如附图6所示，主燃期燃烧速率得到提升，同时也降低了后燃比例，上述提升主燃期燃烧速率及降低后燃比例均使燃烧持续期缩短，提升了有效热效率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，其特征在于，所述匹配方法通过在柴油机进气道设置串联式相继增压器和可变涡流比装置实现。
2.如权利要求1所述的一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，其特征在于，所述串联式相继增压器由串联的低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器组成。
3.如权利要求2所述的一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，其特征在于，所述匹配方法为：
在柴油机低转速范围内，启用低压级涡轮增压器和可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比保持在低涡流比常数值n不变；
在柴油机中高转速范围内，启用低压级涡轮增压器、高压级涡轮增压器及可变涡流比装置，并调节可变涡流比装置参数，使缸内的进气涡流比随柴油机转速增高而不断增大。
4.如权利要求3所述的一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，其特征在于，所述低涡流比常数值n满足0≤n≤1.2。
5.如权利要求3或4所述的一种高低转速兼顾的高强化柴油机增压匹配方法，其特征在于，所述进气涡流比SR与柴油机转速rpm之间的关系为：
在柴油机低转速范围内，进气涡流比SR＝n；
在柴油机中高转速范围内，进气涡流比SR＝5*10-10*rpm3-5*10-6*rpm2+0.0161*rpm-16.83+n。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1415847A (zh) * 2002-09-27 2003-05-07 谢国华 节能、低排放可变涡流增压柴油机
JP2004239112A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Yanmar Co Ltd エンジンの吸気制御方法
CN201810390U (zh) * 2010-10-12 2011-04-27 山东华源莱动内燃机有限公司 一种柴油机
CN102207027A (zh) * 2010-10-25 2011-10-05 浙江吉利汽车研究院有限公司 柴油机进气涡流调节结构
CN111828166A (zh) * 2019-04-18 2020-10-27 上海汽车集团股份有限公司 一种两级增压式柴油发动机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1415847A (zh) * 2002-09-27 2003-05-07 谢国华 节能、低排放可变涡流增压柴油机
JP2004239112A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Yanmar Co Ltd エンジンの吸気制御方法
CN201810390U (zh) * 2010-10-12 2011-04-27 山东华源莱动内燃机有限公司 一种柴油机
CN102207027A (zh) * 2010-10-25 2011-10-05 浙江吉利汽车研究院有限公司 柴油机进气涡流调节结构
CN111828166A (zh) * 2019-04-18 2020-10-27 上海汽车集团股份有限公司 一种两级增压式柴油发动机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱仙鼎: "《特种发动机原理与结构》" *

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