[發(fā)明專利]變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010584767.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN112081679A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瑞林;張眾杰;周廣猛;董素榮;楊春浩;丁豪堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍陸軍軍事交通學(xué)院
• 主分類號(hào): F02D43/00
• 分類號(hào): F02D43/00;F02D23/02;F02B37/24
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

1.一種變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：變海拔全工況柴油機(jī)性能恢復(fù)依賴二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)的協(xié)同控制，其中，二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)包括：高、低壓級(jí)增壓器效率、增壓比和膨脹比分配，控制參數(shù)包括：高\(yùn)低壓級(jí)VGT葉片、低壓級(jí)中冷效率和中冷強(qiáng)度；

高壓級(jí)VGT葉片參數(shù)決定了進(jìn)排氣壓差，進(jìn)而決定泵氣壓力損失；

高、低壓級(jí)VGT葉片以及中冷強(qiáng)度決定了高、低壓級(jí)壓比分配，中冷強(qiáng)度決定壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度，而高、低壓級(jí)壓比分配以及壓氣機(jī)進(jìn)氣溫度共同決定了缸內(nèi)充量密度和溫度；

共軌燃油系統(tǒng)控制參數(shù)包括循環(huán)噴油量、噴油提前角以及共軌壓力，共軌壓力結(jié)合缸內(nèi)充量密度和溫度共同影響柴油機(jī)燃燒過(guò)程邊界條件，從而影響滯燃期、化學(xué)反應(yīng)率、燃空混合率，并進(jìn)一步?jīng)Q定柴油機(jī)燃燒過(guò)程；

燃油機(jī)燃燒過(guò)程與泵氣壓力損失參數(shù)共同決定有效熱效率；

有效熱效率結(jié)合柴油機(jī)燃燒過(guò)程共同影響柴油機(jī)性能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：柴油機(jī)燃燒過(guò)程邊界條件包括初始溫度、壓力、燃空當(dāng)量比、湍動(dòng)能。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：柴油機(jī)燃燒過(guò)程包括燃燒持續(xù)期、燃燒熱效率、累計(jì)放熱量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：柴油機(jī)性能包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、瞬態(tài)響應(yīng)特性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：變海拔全工況柴油機(jī)性能恢復(fù)在熱力循環(huán)過(guò)程中的優(yōu)化原則為：最大充量密度、最大燃燒效率、最大渦輪驅(qū)動(dòng)功、最大膨脹比、最小壓氣機(jī)耗功以及最小泵氣損失。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與柴油機(jī)氣路聯(lián)系包括進(jìn)氣和排氣兩個(gè)部分，渦端參數(shù)、壓端參數(shù)和中冷效率共同決定了充量密度大小及排氣可用能量的利用與分配；二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)分為增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和控制參數(shù)，其中，設(shè)計(jì)參數(shù)包括：環(huán)境壓力和溫度、增壓器MAP選型、匹配點(diǎn)膨脹比分配和增壓比分配；增壓控制參數(shù)包括：高、低壓級(jí)VGT葉片開度、中冷效率、非匹配點(diǎn)增壓比和膨脹比分配，通過(guò)二級(jí)增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)和控制參數(shù)的協(xié)同匹配，得到最大充量密度、最小壓氣機(jī)耗功、最大渦輪驅(qū)動(dòng)功和最小泵氣損失，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)效率的全面提升，達(dá)到變海拔全工況功率恢復(fù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：在變海拔條件下，隨著高壓級(jí)VGT葉片開度減小，渦輪驅(qū)動(dòng)功增大，但過(guò)高的渦前壓力導(dǎo)致泵氣損失增大，確定以二級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)功與泵氣損失的差值為目標(biāo)，調(diào)節(jié)高壓級(jí)VGT葉片開度的大小，其中，二級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)功與泵氣損失差值為：

W_TP＝W_T-W_P (1)

式中，W_T為二級(jí)渦輪驅(qū)動(dòng)功，kW；W_P為泵氣損失功，kW，隨著二級(jí)渦輪膨脹比升高，W_TP增大，存在一個(gè)臨界渦輪膨脹比，使得W_TP達(dá)到最大值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：固定高壓級(jí)VGT葉片開度，在不同海拔1500r/min時(shí)，隨著LVGT葉片增加，二級(jí)渦輪效率先增大后減小。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：隨增壓比之比增加，二級(jí)壓氣機(jī)耗功先增大后減小。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變海拔柴油機(jī)二級(jí)可調(diào)增壓系統(tǒng)與共軌燃油系統(tǒng)優(yōu)化匹配方法，其特征在于：海拔5500m二級(jí)壓氣機(jī)效率、渦輪效率和中冷溫度對(duì)泵氣平均有效壓力影響，泵氣損失屬于柴油機(jī)機(jī)械損失的一部分，用泵氣平均有效壓力p_pme表示，當(dāng)泵氣平均有效壓力p_pme為正值時(shí)，換氣過(guò)程工質(zhì)對(duì)活塞做正功，當(dāng)泵氣平均有效壓力p_pme為負(fù)值時(shí)，換氣過(guò)程工質(zhì)對(duì)活塞做負(fù)功，

p_pme＝p₅-p₄＝p₀(π_T-π_c) (2)

柴油機(jī)有效熱效率：

其中，p_i為指示平均有效壓力；p_fame為摩擦平均有效壓力；η_v為柴油機(jī)容積效率；f為燃空當(dāng)量比；H_c燃料熱值，

為了使有效熱效率優(yōu)化目標(biāo)不受發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)速的約束，假設(shè)在柴油機(jī)全負(fù)荷工況下，

p_fame＜＜ρ₄η_vFH_c， (3)

式可表示為：

為了使得有效熱效率η_e達(dá)到最大值，必要要求泵氣損失效率η_pme最小，進(jìn)氣密度ρ₄可表示為：

代入(4)和(5)式中，假設(shè)進(jìn)氣流量等于排氣流量，進(jìn)氣定壓熱容等于排氣定壓熱容，簡(jiǎn)化后得到：

在一定海拔環(huán)境下，低壓級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)口壓力p₀和T₀為定值，為了使得式(8)中泵氣效率η_pme達(dá)到最小值，需要合理設(shè)置二級(jí)壓氣機(jī)效率、二級(jí)渦輪機(jī)等熵效率、高壓級(jí)中冷器出口溫度T₄和高壓級(jí)渦前排溫T₅，

為了使得(8)式中泵氣損失效率η_pme最小，必然要求泵氣平均有效壓力p_pme最小：

p_pme(p₀，T₀，T₄，η_T，η_C)→min (9)。