[發(fā)明專利]雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機變海拔匹配方法

在審

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• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111075578A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉瑞林;張眾杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍事交通學(xué)院
• 主分類號: F02D41/00
• 分類號: F02D41/00;F02D23/00;F02B37/18;F02B37/24
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

1.一種雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機變海拔匹配方法，本方法應(yīng)用于高原柴油機的雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)，其特征在于：將雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等效單級可調(diào)增壓器，具體步驟為：首先，分別將高壓級和低壓級渦輪增壓器及對應(yīng)的旁通閥轉(zhuǎn)化為等效高壓級增壓器和等效低壓級增壓器；然后，以進排氣系統(tǒng)質(zhì)量守恒和能量守恒公式，轉(zhuǎn)化為等效二級增壓器，分別得到了對應(yīng)的等效渦輪流通面積和等效增壓器效率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機變海拔匹配方法，其特征在于：等效增壓器效率的計算方法為：

設(shè)ρ₅等于ρ′₅，那么：

Δh_(3-5)＝Δh_(3-4)+Δh_(4-5) (1)

等效二級渦輪流通面積A_T為：

其中，μ_HT、μ_LT分別為高壓級和低壓級渦輪的流通系數(shù)；γ、δ分別為高壓級渦輪和低壓級渦輪的旁通率；π_LT為低壓級渦輪的膨脹比；A_HT和A_LT分別為高、低壓級渦輪幾何流通面積，分別為：

其中，A_HV為高壓級渦輪噴嘴環(huán)截面積；A_HR為高壓級渦輪葉片出口截面積；ρ₄、ρ₅分別為高壓級渦輪噴嘴環(huán)出口和渦輪葉片出口的燃氣密度。

其中，A_LV為低壓級渦輪噴嘴環(huán)截面積；A_LR為低壓級渦輪葉片出口截面積；ρ₆、ρ₇分別為低壓級渦輪噴嘴環(huán)出口和渦輪葉片出口的燃氣密度。

結(jié)合(1)、(2)和(3)式，能夠得到二級可調(diào)增壓器等效渦輪流通面積的大小由高、低壓級渦輪噴嘴環(huán)截面積(A_HV、A_LV)和高、低壓級渦輪旁通率(γ、δ)四個參數(shù)決定，對應(yīng)著高、低壓級VGT葉片開度和高、低壓級渦輪旁通閥開度四個控制變量。

等效二級可調(diào)渦輪效率為：

等效低壓級渦輪效率：

與排氣系統(tǒng)類似，進氣系統(tǒng)近似為：

Δh_(0-2)＝Δh_(0-1)+Δh_(1-2) (7)

綜合公式(1)、(5)、(6)、(7)，得到等效二級渦輪效率為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機變海拔匹配方法，其特征在于：雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的變海拔控制策略，包括：

1)在0m～3000m海拔范圍內(nèi)，低壓級渦輪旁通閥隨海拔升高，由全開至全關(guān)。在3000m～5500m海拔，低壓級渦輪旁通閥全關(guān)；

2)在3000m～5500m海拔范圍內(nèi)，以增壓壓力不降低為目標(biāo)，實時控制高壓級VGT葉片和高壓級渦輪旁通閥開度大小；

3)在800r/min～1500r/min范圍，高壓級VGT葉片隨轉(zhuǎn)速升高，由最小開度至最大；在1500r/min～2100r/min，高壓級VGT葉片開度最大，高壓級渦輪旁通閥隨轉(zhuǎn)速升高，由全關(guān)至全開；

4)在海拔3000m最大轉(zhuǎn)矩點，低壓級VGT葉片隨著負(fù)荷的升高開度由最小至最大。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙VGT二級可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機變海拔匹配方法，其特征在于：計算變海拔條件下二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，具體步驟為：

(1)根據(jù)渦輪增壓器能量平衡公式，得到增壓壓力和渦輪流量和流通面積的關(guān)系：

在同一海拔下，進氣壓力不變，柴油機的循環(huán)進氣量不變，在固定發(fā)動機負(fù)荷情況下，不變的轉(zhuǎn)矩輸出所需的空燃比也不變，因此可認(rèn)為柴油機排氣溫度T₃為定值，則(9)式變?yōu)椋?/p>

不同海拔條件下，根據(jù)功率恢復(fù)至平原環(huán)境目標(biāo)，對應(yīng)的總壓比π_c不同，其中，高壓級VGT葉片和HP-valve根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，在中低轉(zhuǎn)速范圍下800r/min～1500r/min，高壓級VGT葉片由最小至最大開度，在中高轉(zhuǎn)速范圍1500r/min～2100r/min，HP-valve逐漸開啟至最大開度；

在海拔3000m環(huán)境下，從高壓級VGT葉片開啟至全開的轉(zhuǎn)速比，為轉(zhuǎn)速800r/min～1500r/min下的調(diào)節(jié)范圍，這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，高壓級VGT葉片通過調(diào)節(jié)高壓級渦輪噴嘴環(huán)截面積對總增壓壓力進行調(diào)節(jié)，由(10)得到：

通過式(11)，在轉(zhuǎn)速800r/min～1500r/min，二級可調(diào)增壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力與高、低壓級渦輪流通面積比和最高增壓壓力有關(guān)，影響π_LT，其中，高低壓級渦輪流通面積比越大，調(diào)節(jié)能力越強。當(dāng)目標(biāo)最高增壓壓力升高時，相應(yīng)的π_LT升高，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能量減弱，式(11)在二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的選配階段可用來確定高壓級VGT渦輪的流通范圍；

(2)在海拔3000m環(huán)境下，在轉(zhuǎn)速1500r/min～2100r/min，HP-valve從關(guān)閉至完全開啟的轉(zhuǎn)速比，為二級增壓系統(tǒng)中高轉(zhuǎn)速范圍的調(diào)節(jié)，由公式(10)得：

在n_max2處，流經(jīng)高壓級渦輪流量很小，可近似認(rèn)為(1-γ_max)²≈0，將(12)簡化為：

(3)LP-valve根據(jù)海拔進行調(diào)節(jié)，在0m～3000m范圍，在柴油機最大轉(zhuǎn)矩點，隨著海拔升高，LP-valve由最大開度至完全關(guān)閉，發(fā)動機的動力性不降低，公式(10)變?yōu)椋?/p>

若保持增壓壓力在0m～3000m不變，則有：

在海拔3000m，低壓級旁通閥全關(guān)δ＝0，同時，調(diào)節(jié)過程中高壓級旁通閥全關(guān)，

1-γ≈1，將(15)式變?yōu)椋?/p>

(4)在海拔3000m額定功率點，隨著負(fù)荷增加，排氣溫度升高，低壓級VGT葉片(LPVGT)由開度最小至最大開度，公式(10)變?yōu)椋?/p>

從LPVGT葉片全部關(guān)閉至全開的渦前排氣溫度比T_max/T_min為二級可調(diào)增壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍，這個范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)LPVGT葉片開度大小對增壓壓力進行調(diào)節(jié)