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      淺析發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓器匹配性能的模擬計(jì)算

      2020-09-10 07:22:44曲興年湯書芳
      內(nèi)燃機(jī)與配件 2020年23期
      關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)

      曲興年 湯書芳

      摘要:本文主要是介紹借助AVL BOOST軟件進(jìn)行柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配性能模擬計(jì)算。

      Abstract: This paper mainly introduces the simulation calculation of matching performance between diesel engine and turbocharger with AVL BOOST software.

      關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī);渦輪增壓器;AVL BOOST

      Key words: engine;turbocharger;AVL BOOST

      中圖分類號(hào):U464.135? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2020)23-0020-02

      0? 引言

      隨著發(fā)動(dòng)機(jī)模擬仿真技術(shù)的日益成熟,發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)又邁向了一個(gè)新的臺(tái)階。發(fā)動(dòng)機(jī)模擬仿真技術(shù)可以節(jié)約大量的人力物力。本文為節(jié)約實(shí)驗(yàn)資源、人力及時(shí)間,借助AVL BOOST軟件進(jìn)行柴油機(jī)與渦輪增壓器匹配性能模擬計(jì)算。

      1? BOOST基本模型建立

      在建立BOOST基本模型時(shí),需要大量的工作邊界條件和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù),比如:發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的邊界條件、增壓器參數(shù)、中冷器參數(shù)及進(jìn)排氣管等管道參數(shù)等。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)體布局和元件布置,在軟件中建立了計(jì)算模型。如圖1所示。

      本文采用了簡(jiǎn)化模式計(jì)算,需要的參數(shù)有壓氣機(jī)壓比、壓氣機(jī)效率、渦輪增壓器效率。選擇了2款渦輪增壓器進(jìn)行匹配,通過(guò)模擬計(jì)算,比較出與發(fā)動(dòng)機(jī)較優(yōu)匹配的增壓器,現(xiàn)介紹2款渦輪增壓器的相關(guān)參數(shù):

      1號(hào)渦輪增壓器為單級(jí)廢氣渦輪增壓器,壓氣機(jī)特性圖如圖2所示,從圖2中可以看出壓氣機(jī)最高轉(zhuǎn)速為160000r/min,壓氣機(jī)最大效率為75%,壓氣機(jī)最大流量0.20m3/s。2號(hào)渦輪增壓也為單級(jí)廢氣渦輪增壓器,壓氣機(jī)特性圖如圖3所示,從圖3中可以看出,壓氣機(jī)最高轉(zhuǎn)速181000r/min,壓氣機(jī)最大效率為80%,壓氣機(jī)最大流量0.19m3/s。

      模擬計(jì)算時(shí)選擇簡(jiǎn)化模型進(jìn)行仿真,由于2個(gè)渦輪增壓器都是廢氣旁通式增壓器,所以計(jì)算模式選擇廢氣旁通模式。

      2? 模擬結(jié)果

      在進(jìn)行不同的渦輪增壓器模擬計(jì)算之后,通過(guò)對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)功率,扭矩性能參數(shù)以及比油耗等經(jīng)濟(jì)性參數(shù),來(lái)對(duì)比不同渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配效果。下面是2款渦輪增壓器的模擬結(jié)果對(duì)比。

      2.1 增壓壓力預(yù)測(cè)? 圖4為全負(fù)荷時(shí)增壓壓力的曲線。從圖4中可以看出,2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力全都大于1號(hào)渦輪增壓器。在額定點(diǎn)2900r/min時(shí),1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.3bar,2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.4bar。其中,2號(hào)渦輪增壓器增壓壓力最大值為2.42bar,1號(hào)渦輪增壓器為2.3bar。在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩點(diǎn)1800r/min時(shí),1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.98bar,2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為2.05bar。在轉(zhuǎn)速1600r/min,1號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.79bar,2號(hào)渦輪增壓器的增壓壓力為1.98bar。

      2.2 性能預(yù)測(cè)

      圖5是兩款增壓器功率模擬計(jì)算結(jié)果,對(duì)于功率而言,兩款增壓器都達(dá)到了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的設(shè)定性能目標(biāo)95kW,其中1號(hào)渦輪增壓器為95.6kW,2號(hào)渦輪增壓器為95.8kW整體功率曲線也符合柴油機(jī)功率曲線分布規(guī)律。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2000r/min時(shí),1號(hào)渦輪增壓器的功率小于2號(hào)渦輪增壓器,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2900r/min時(shí),1號(hào)渦輪增壓器的功率大于2號(hào)渦輪增壓器。

      圖6為兩款渦輪增壓器模擬計(jì)算的外特性扭矩值。對(duì)于扭矩而言,兩款增壓器在1900r/min額定轉(zhuǎn)速時(shí)都能達(dá)到380N·m的設(shè)定目標(biāo),從圖6中可以看出,1號(hào)渦輪增壓器的最大扭矩為383.8N·m;2號(hào)渦輪增壓器的最大扭矩為384.6N·m。2號(hào)渦輪增壓器最大扭矩大于1號(hào)渦輪增壓器。2號(hào)渦輪增壓器在1600r/min時(shí),就可以輸出380N·m最大扭矩,且扭矩可以維持到1800r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)從1000r/min到1900r/min時(shí),2號(hào)渦輪增壓器的模擬扭矩都大于1號(hào)渦輪增壓器的扭矩,轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min到2900r/min時(shí),1號(hào)渦輪增壓器的模擬扭矩都大于2號(hào)渦輪增壓器。

      2.3 油耗預(yù)測(cè)

      圖7為兩款渦輪增壓器模擬計(jì)算的比油耗值。從圖7中可以看出,對(duì)于外特性最低比油耗點(diǎn)目標(biāo)200g·(kW·h)而言,匹配兩款增壓器都能達(dá)到這個(gè)工程設(shè)定目標(biāo)。1號(hào)渦輪增壓器外特性最低油耗為200.2g·(kW·h),勉強(qiáng)達(dá)到工程設(shè)定目標(biāo)。2號(hào)渦輪增壓器外特性最低點(diǎn)油耗為198.9g·(kW·h)。1號(hào)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的比油耗為222.9g·(kW·h),2號(hào)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的比油耗為223.8g·(kW·h),2號(hào)渦輪增壓器在額定點(diǎn)的比油耗要高于1號(hào)渦輪增壓器。在發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速區(qū)間1000-2000r/min,2號(hào)渦輪增壓器的耗油明顯低于1號(hào)渦輪增壓器。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)2000后,1號(hào)渦輪增壓器的油耗低于2號(hào)渦輪增壓器。

      3? 結(jié)論

      通過(guò)模型搭建和計(jì)算分析比較發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩、比油耗等參數(shù)得出以下結(jié)論:在流量接近時(shí),高效率增壓器對(duì)性能的貢獻(xiàn)率較高,2號(hào)渦輪增壓器,可以滿足功率扭矩目標(biāo),能達(dá)到油耗設(shè)定目標(biāo),增壓能力優(yōu)于1號(hào)渦輪增壓器。通過(guò)對(duì)比1,2號(hào)渦輪增壓器的功率、扭矩、油耗等參數(shù)后,認(rèn)為2號(hào)渦輪增壓器匹配發(fā)動(dòng)機(jī)后,各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

      參考文獻(xiàn):

      [1]隆曙紅,龔金科,劉孟祥.AVL BOOST軟件應(yīng)用于HD6105ZLQ柴油機(jī)的性能分析與研究[J].移動(dòng)電源與車輛,2002,01:20-21.

      [2]AVL Company. AVL BOOST User Guide Version 5.1[M]. Graz, Austria: AVL Company 2008.

      [3]呂林.車用發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓器匹配研究[D].湖南大學(xué),2011.

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