CN114934830A - 一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,该匹配方法通过在柴油机进气道设置VVT可变配气正时机构、电磁阀及并联相继增压器实现,VVT可变配气正时机构用于调节排气门早开角;电磁阀用于控制柴油机的晚喷;在柴油机高转速范围内,使用两个相同的涡轮增压器并联,不使用晚喷;在柴油机低转速范围内,仅启用一个涡轮增压器,同时,随柴油机转速逐渐降低,使用晚喷,且晚喷油量占主燃油量的比例不断增多;在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角不断增大。本发明能够结合排气门早开角可变、晚喷油量可变以及并联二级相继增压技术,并使用合理的参数匹配策略实现低速大扭矩、高速增压不过度的理想柴油机运行特性。
Description
技术领域
本发明属于柴油机技术领域,具体涉及一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法。
背景技术
高强化柴油机的核心技术是涡轮增压器,通过涡轮增压器增大进气充量,增大循环加热量,从而有效提升柴油机功率。然而,回转式工作的涡轮增压器与往复式工作的柴油机二者工作特性不同,势必造成二者最佳匹配点是唯一的。对于按传统单一工况点匹配运行的涡轮增压柴油机,在低转速时,对应爬坡、拖曳货物、急加速等瞬间需求大扭矩的工况下,由于柴油机转速低,因此无法向涡轮机提供足够的流量,导致涡轮增压器连轴转速低,无法向压气机提供输出高增压比所需的功率,从而使柴油机在低转速工况下无法输出所需的大扭矩。同时,在柴油机高转速时,对应定速巡航等不需要大扭矩的工况下,由于柴油机转速高,因此提供给涡轮机过高的流量,导致涡轮增压器增压过度,柴油机所受热负荷和机械负荷严重,在定速巡航等长时间工作的情况下会严重缩短柴油机寿命。
传统单一工况点匹配的涡轮增压器柴油机,只有一级涡轮增压器,喷油均集中在上止点附近,并且由于随转速降低,排气时间增长,排气更加充分,同时为提升热效率,因此排气门早开角不断延后,如附图1所示。这种匹配策略使得柴油机运行工况点一旦偏离匹配点便会出现增压比不满足性能需求的问题,低转速增压比不足,扭矩低,高转速时增压比过高,机械负荷和热负荷大。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,能够结合排气门早开角可变、晚喷油量可变以及并联二级相继增压技术,并使用合理的参数匹配策略实现低速大扭矩、高速增压不过度的理想柴油机运行特性。
本发明是通过下述技术方案实现的:
一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,该匹配方法通过在柴油机进气道设置VVT可变配气正时机构、电磁阀及并联相继增压器实现,所述VVT可变配气正时机构用于调节排气门早开角;所述电磁阀用于通过使用电控高压共轨技术控制柴油机的晚喷。
进一步的,所述并联相继增压器由并联的两个相同的涡轮增压器组成。
进一步的,所述匹配方法为:
预设柴油机的高转速与低转速的转折点为设定值A,即柴油机转速大于设定值A的为高转速,小于或等于设定值A的为低转速;
在柴油机高转速范围内,进气道处于高流量状态,使用两个相同的涡轮增压器并联,使进气及排气气流分流;同时,不使用晚喷,即无晚喷油量;
在柴油机低转速范围内,进气道处于低流量状态,此时,仅启用一个涡轮增压器,使进气及排气气流合流;同时,从设定值A开始,随柴油机转速逐渐降低,使用晚喷,且晚喷油量占主燃油量的比例不断增多;
在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角不断增大。
进一步的,在柴油机低转速范围内,所述晚喷油量占主燃油量的比例随柴油机转速的降低呈定比增长。
进一步的,在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角随柴油机转速的降低呈定比增长。
有益效果:
(1)随着可变技术的发展,例如可变配气正时、可变喷油正时以及相继增压等可变技术均可以使匹配点不再是单一的,而是通过调节参数配合工况变化,实现柴油机高低转速兼顾的匹配运行。多种可变技术合理的配合策略是保证柴油机在全工况范围内按性能需求运行的关键。因此,本发明提出了一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,同时使用了排气早开正时可变、晚喷油量可变以及相继增压技术,通过合理匹配三种可变技术参数,即通过对柴油机转速工况点,以及排气门早开正时、晚喷油量和相继增压器参数的合理匹配,可以有效增大低转速时的排气能量,同时降低高转速时的排气能量。
(2)本发明的匹配方法为:随柴油机转速降低,不断增大排气门早开角,同时在低转速范围内,不断增多喷油量,而在高转速范围内取消晚喷策略,从而大幅提升排气压力。此外,使用并联二级相继涡轮增压器,在高转速范围内,两个相同涡轮增压器并联运行,使进气及排气气流分流,单个涡轮增压器流量缩减一倍,避免增压过度,在中低转速范围内,当达到某转速点时关闭一个涡轮增压器,使进气及排气气流合流,单个涡轮增压器流量增大一倍,以此提升增压比。因此,本发明结合排气门早开角可变、晚喷油量可变以及并联二级相继增压技术,并使用合理的参数匹配策略实现了低速大扭矩、高速增压不过度的理想柴油机运行特性,有助于提升装备高强化柴油机重载车辆的低速机动性和高速长时运转的可靠性。
(3)本发明在柴油机低转速范围内,晚喷油量占主燃油量的比例随柴油机转速的降低呈定比增长,且在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角随柴油机转速的降低呈定比增长,均采用定比增长的方式,便于控制实现。
附图说明
图1为传统单一工况点匹配时的排气门早开角、喷油以及涡轮增压器的使用策略图;
图2为本发明的排气门早开角、晚喷油量以及相继涡轮增压器的使用策略图。
图3为传统单一工况点匹配时的压气机运行特性Map图。
图4为本发明的压气机运行特性Map图。
图5为使用传统单一工况点匹配和本发明的匹配方法时某型柴油机的外特性扭矩曲线对比图。
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强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,该匹配方法通过在柴油机进气道设置VVT可变配气正时机构、电磁阀及并联相继增压器实现;所述并联相继增压器由并联的两个相同的涡轮增压器组成;所述电磁阀使用电控高压共轨技术,实现喷油正时的可控,当上止点附近的主喷结束后,在接近排气门开启前,通过控制电磁阀开启再次喷油并燃烧,当排气门开启后,大量燃尽,甚至是未燃尽的高温高压燃气直接排入涡轮机,虽然牺牲了部分的热效率,但可以大幅提升排气压力,该过程为柴油机的晚喷过程;所述VVT可变配气正时机构用于调节排气门早开角;
参见附图2,所述匹配方法为:
预设柴油机的高转速与低转速的转折点为设定值A,即柴油机转速大于设定值A的为高转速,小于或等于设定值A的为低转速;
在柴油机高转速范围内,进气道处于高流量状态,因排气流量过大,因此需要使用两个相同的涡轮增压器并联,以使进气及排气气流分流,单个涡轮增压器的流量缩减一倍,避免增压过度,同时使单个涡轮增压器运行在高效区;同时,在柴油机高转速范围内,不使用晚喷,即无晚喷油量,以此保证定速巡航等长时间运行工况下的燃油经济性;
在柴油机低转速范围内,进气道处于低流量状态,此时,仅启用一个涡轮增压器,即当柴油机的转速由高转速逐渐降低,到达设定值A时,关闭并联相继增压器中的一个涡轮增压器,使进气及排气气流合流,单个涡轮增压器的流量扩大一倍,以此提升增压比;同时,从设定值A开始,随柴油机转速逐渐降低,为弥补更多的排气能量不足,需要更多的晚喷油量,即晚喷油量占主燃油量的比例需要不断增多,且晚喷油量占主燃油量的比例随柴油机转速的降低呈定比增长;
在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角不断增大,使排气门开启时刻不断靠近燃烧阶段,牺牲部分热效率,提升排气压力,且排气门早开角随柴油机转速的降低呈定比增长。
实施例2:
本实施例在实施例1的基础上,以一台1.8T四缸涡轮增压柴油机使用不同匹配方法时的数据进行对比说明的。
如图1所示为传统单一工况点匹配方法,该方法的柴油机进气道只设有一级涡轮增压器,喷油均集中在上止点附近,不使用晚喷,并且由于随转速降低,排气时间增长,排气更加充分,同时为提升热效率,因此排气门早开角由高转速时的55°CA不断延后至低转速的15°CA。这种匹配方法使得柴油机运行工况点一旦偏离匹配点便会出现增压比不满足性能需求的问题,低转速增压比不足,扭矩低,高转速时增压比过高,机械负荷和热负荷大。
如图2所示为实施例1提出的低速大扭矩增压匹配方法,使用VVT可变配气正时技术,使排气门早开角从高转速(本实施例为3100r/min)时的20°CA不断提前至低转速(本实施例为600r/min)时的70°CA,使排气门开启时刻不断靠近燃烧阶段,牺牲部分热效率,提升排气压力。
此外,使用电控高压共轨技术,实现喷油正时的可控,当上止点附近的主喷结束后,在接近排气门开启前再次喷油并燃烧,当排气门开启后,大量燃尽,甚至是未燃尽的高温高压燃气直接排入涡轮机,虽然牺牲了部分的热效率,但可以大幅提升排气压力,该过程为柴油机的晚喷过程;在本实施例的600~1750r/min的低转速范围内,随柴油机转速降低,为弥补更多的排气能量不足,晚喷油量占主燃油量比例从1750r/min时的0%不断增大至600r/min时的10%。在大于1750r/min的高转速范围内由于排气能量足够大,因此不再使用晚喷策略,即晚喷油量占主燃油量比例为0%,同时保证定速巡航等长时间运行工况下的燃油经济性。
此外,同时使用并联相继增压器,在本实施例的大于1750r/min的高转速范围内,因排气流量过大,因此需要使用两个相同的涡轮增压器并联,以使进气及排气气流分流,单个涡轮增压器流量缩减一倍,避免增压过度,同时使单个涡轮增压器运行在高效区。在小于1750r/min的低转速范围内,当转速降低至1750r/min时关闭其中一个涡轮增压器,使进气及排气气流合流,单个涡轮增压器的流量增大一倍,以此提升增压比。
如图3所示为传统单一工况点匹配时的压气机运行特性的Map图,在低转速范围内增压比很低,而在高转速范围内增压比很高;
如图4所示为实施例1提出的低速大扭矩增压匹配方法的压气机运行特性Map图,在600r/min至1750r/min之间均使用单级增压器,进气及排气气流未被分流,所有排气能量均流入一个涡轮机中,因此可为压气机提供足够高的能量,增压比因而较高,而1750r/min以上高转速范围内均使用并联的两级涡轮增压器,由于气流被分流,单个涡轮增压器分配到的能量缩减一倍,因此增压比有所降低。
如图5所示为使用传统单一工况点匹配和实施例1提出的低速大扭矩增压匹配方法的该型柴油机的外特性扭矩曲线;由图中可以看出,相比传统单一工况点匹配策略时,在低转速时,由于实施例1的匹配方法下使用排气门早开和晚喷策略而使扭矩明显提升,而在高转速时由于排气门晚开且使用并联相继增压而使扭矩略微降低。此外,传统单一工况点匹配策略时,扭矩曲线为单峰,而实施例1的匹配方法时,扭矩曲线出现双峰,第一个扭矩峰值出现于低转速范围内的单级增压策略下,在很低转速范围内,随着转速提升,排气流量不断增大,增压比不断提升,而随转速再不断提升,由于晚喷油量不断降低且排气门早开角也在不断减小,以至于排气能量在低转速时开始降低,因而第一个扭矩峰值出现在某一低转速点处。第二个扭矩峰值出现于高转速范围内的并联相继增压策略下,此时取消晚喷策略,使增压比在高转速范围内仍受转速主导,在很高转速时由于进气堵塞现象和热效率大幅降低导致扭矩降低,因而第二个扭矩峰值出现在某一中高转速点处。
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)
1.一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,其特征在于,该匹配方法通过在柴油机进气道设置VVT可变配气正时机构、电磁阀及并联相继增压器实现,所述VVT可变配气正时机构用于调节排气门早开角;所述电磁阀用于通过使用电控高压共轨技术控制柴油机的晚喷。
2.如权利要求1所述的一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,其特征在于,所述并联相继增压器由并联的两个相同的涡轮增压器组成。
3.如权利要求2所述的一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,其特征在于,所述匹配方法为:
预设柴油机的高转速与低转速的转折点为设定值A,即柴油机转速大于设定值A的为高转速,小于或等于设定值A的为低转速;
在柴油机高转速范围内,进气道处于高流量状态,使用两个相同的涡轮增压器并联,使进气及排气气流分流;同时,不使用晚喷,即无晚喷油量;
在柴油机低转速范围内,进气道处于低流量状态,此时,仅启用一个涡轮增压器,使进气及排气气流合流;同时,从设定值A开始,随柴油机转速逐渐降低,使用晚喷,且晚喷油量占主燃油量的比例不断增多;
在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角不断增大。
4.如权利要求3所述的一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,其特征在于,在柴油机低转速范围内,所述晚喷油量占主燃油量的比例随柴油机转速的降低呈定比增长。
5.如权利要求3或4所述的一种高强化柴油机低速大扭矩增压匹配方法,其特征在于,在柴油机由高转速逐渐降低到低转速的整个过程中,排气门早开角随柴油机转速的降低呈定比增长。
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