柴油机VGT相继增压系统技术研究
发布时间：2020-08-04 08:38
【摘要】：对于大功率船用柴油机,相继增压技术可以用来缓解柴油机与增压器匹配的矛盾,改善柴油机低速扭矩不足,提高柴油机部分负荷经济性,扩大柴油机运行范围。而可变截面涡轮增压器(VGT)增压技术不仅可以提高柴油机的低速特性,而且能够改善柴油机的瞬态性能,强化柴油机的整体性能。为了综合相继增压技术和VGT增压技术的优势,本文以GT2566可变截面涡轮增压器(VGT)、J68增压器(2TC)和TBD234V12柴油机为研究对象。通过涡轮增压器性能试验,获取的增压器的流量特性和效率特性,建立了VGT相继增压柴油机模型,进行了相关的理论计算和分析研究。本文首先对GT2556的流量特性和效率特性进行试验研究,获得试验数据用于GT Power发动机建模软件中涡轮增压器模型的建立,同时基于试验数据提出了一种预测可变截面涡轮流量特性的方法。经试验验证,该流量特性的预测方法能够快速获得可变截面涡轮的流量特性。并具有较高的准确度。其次基于GT Power软件建立了TBD234V12增压中冷柴油机的仿真模型,根据已有的试验数据验证原机的仿真模型。在此基础上将原机结构进行改造,建立了VGT相继增压柴油机模型,依据柴油机的标准螺旋桨特性,对涡轮增压器和柴油机进行性能匹配计算,并划分了柴油机的两种运行模式(1TC和2TC)的运行区间。同时研究了柴油机的1TC运行模式(GT2556可变截面涡轮增压器单独运行)和2TC运行模式(GT2556和J68两台增压器同时运行)对过量空气系数和空气流量的调节特点,计算分析了1TC/2TC对柴油机经济性和动力性的影响效果。以经济性最优的原则,绘制出了最佳喷嘴环开度和最佳增压压力脉谱,为了后续建立VGT相继增压柴油机的瞬态仿真模型提供了数据基础。最后,对VGT相继增压柴油机的负荷特性和限制特性进行计算分析,研究了在不同工况下,柴油机采用VGT相继增压系统后,其主要性能参数的改善程度。根据不同工况的计算数据,结合限制特性,绘制出了VGT相继增压柴油机的万有特性曲线,并于原机的万有特性进行对比。结果表明,VGT相继增压柴油机的运行范围明显扩大,低油耗区分布区域广,标准螺旋桨特性曲线穿过低油耗运行区,并且柴油机的涡前排气温度降低显著。在VGT相继增压柴油机的万有特性曲线的基础上,确定了柴油机两区相继增压的转速切换边界和VGT喷嘴环开度的切换边界。为了研究VGT相继增压柴油机的瞬态特性,对2TC运行模式下的柴油机的瞬态过程进行了仿真计算,结果表明由于GT2556可变截面涡轮增压器的介入,极大改善了柴油机的瞬态特性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423
【图文】：
哈尔滨工程大学硕士学位论文6图1.1无叶离心增压器调节方式日本三菱公司研制出双舌形挡板变截面涡轮增压器，这种增压器是在涡轮的舌口处设置一种绕轴线旋转的翼型挡板，当挡板转过不同的角度时，相当与为涡轮匹配了多种蜗壳，进而改变涡轮的进气状态，示意图如图1.2所示。这种设计的优点，在于挡板运动灵活，操纵简单，执行机构的可靠性强。设计缺点是进气会发生强烈的紊流现象，流动损失严重，涡轮效率较低。图1.2双舌形挡板变截面涡轮增压器示意图英国Holset公司设计了可移动挡板式可变截面涡轮增压器，示意图如图1.3所示。喷嘴叶片固定于喷嘴环上，气流通过喷嘴环叶片，以一定的入射角流入叶轮。由于喷嘴叶片具有一定的厚度，会减小涡轮的流通截面积。英国Holset公司设计的执行结构，使得喷嘴环可轴向运动，随着轴向位移的增加，涡轮的流通截面积增大。这种结构，其控制系统简单，可靠性强。
第1章绪论7图1.3可移动挡板式涡轮增压器示意图KKK、Garrett公司研制的可变截面涡轮（VGT）增压器采用的是喷嘴环叶片在喷嘴环套上可轴向旋转的设计，示意图如图1.4所示。这种设计的优点是气流径向进气均匀，互不干涉，不会产生轴向推动力。通过执行机构调节喷嘴环叶片转过的角度，可以改变气流进入叶轮的入射角，进而改变涡轮对外的输出功率。但是这种设计方法的缺陷是结构复杂，喷嘴环叶片的执行机构如今仍无法实现无级调控，并且喷嘴叶片对制造工艺和材料要求较高，至今在船用柴油机领域的应用较少。图1.4可变截面涡轮增压器示意图我国可变截面涡轮（VGT）增压技术研究取得的成就，主要是对VGT的控制算法及控制器的设计上和VGT内部流场及结构分析。北京大学龚老师率先提出了以步进电机驱动齿条代替压片式驱动，结合可变截面涡轮（VGT）增压系统的控制策略，依据发动机的转速和负荷的变化，控制步进电机拖动齿条产生位移，进而改变喷嘴环叶片的开度，提高柴油机的强化指标，这种驱动方式简单，灵敏度高，但对控制系统的要求严格。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，对可变截面涡轮（VGT）增压柴油机的控制系统的研究提出了宝贵经验。其控制系统的
第1章绪论7图1.3可移动挡板式涡轮增压器示意图KKK、Garrett公司研制的可变截面涡轮（VGT）增压器采用的是喷嘴环叶片在喷嘴环套上可轴向旋转的设计，示意图如图1.4所示。这种设计的优点是气流径向进气均匀，互不干涉，不会产生轴向推动力。通过执行机构调节喷嘴环叶片转过的角度，可以改变气流进入叶轮的入射角，进而改变涡轮对外的输出功率。但是这种设计方法的缺陷是结构复杂，喷嘴环叶片的执行机构如今仍无法实现无级调控，并且喷嘴叶片对制造工艺和材料要求较高，至今在船用柴油机领域的应用较少。图1.4可变截面涡轮增压器示意图我国可变截面涡轮（VGT）增压技术研究取得的成就，主要是对VGT的控制算法及控制器的设计上和VGT内部流场及结构分析。北京大学龚老师率先提出了以步进电机驱动齿条代替压片式驱动，结合可变截面涡轮（VGT）增压系统的控制策略，依据发动机的转速和负荷的变化，控制步进电机拖动齿条产生位移，进而改变喷嘴环叶片的开度，提高柴油机的强化指标，这种驱动方式简单，灵敏度高，但对控制系统的要求严格。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，对可变截面涡轮（VGT）增压柴油机的控制系统的研究提出了宝贵经验。其控制系统的
本文编号：2780315
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK423
【图文】：
哈尔滨工程大学硕士学位论文6图1.1无叶离心增压器调节方式日本三菱公司研制出双舌形挡板变截面涡轮增压器，这种增压器是在涡轮的舌口处设置一种绕轴线旋转的翼型挡板，当挡板转过不同的角度时，相当与为涡轮匹配了多种蜗壳，进而改变涡轮的进气状态，示意图如图1.2所示。这种设计的优点，在于挡板运动灵活，操纵简单，执行机构的可靠性强。设计缺点是进气会发生强烈的紊流现象，流动损失严重，涡轮效率较低。图1.2双舌形挡板变截面涡轮增压器示意图英国Holset公司设计了可移动挡板式可变截面涡轮增压器，示意图如图1.3所示。喷嘴叶片固定于喷嘴环上，气流通过喷嘴环叶片，以一定的入射角流入叶轮。由于喷嘴叶片具有一定的厚度，会减小涡轮的流通截面积。英国Holset公司设计的执行结构，使得喷嘴环可轴向运动，随着轴向位移的增加，涡轮的流通截面积增大。这种结构，其控制系统简单，可靠性强。
第1章绪论7图1.3可移动挡板式涡轮增压器示意图KKK、Garrett公司研制的可变截面涡轮（VGT）增压器采用的是喷嘴环叶片在喷嘴环套上可轴向旋转的设计，示意图如图1.4所示。这种设计的优点是气流径向进气均匀，互不干涉，不会产生轴向推动力。通过执行机构调节喷嘴环叶片转过的角度，可以改变气流进入叶轮的入射角，进而改变涡轮对外的输出功率。但是这种设计方法的缺陷是结构复杂，喷嘴环叶片的执行机构如今仍无法实现无级调控，并且喷嘴叶片对制造工艺和材料要求较高，至今在船用柴油机领域的应用较少。图1.4可变截面涡轮增压器示意图我国可变截面涡轮（VGT）增压技术研究取得的成就，主要是对VGT的控制算法及控制器的设计上和VGT内部流场及结构分析。北京大学龚老师率先提出了以步进电机驱动齿条代替压片式驱动，结合可变截面涡轮（VGT）增压系统的控制策略，依据发动机的转速和负荷的变化，控制步进电机拖动齿条产生位移，进而改变喷嘴环叶片的开度，提高柴油机的强化指标，这种驱动方式简单，灵敏度高，但对控制系统的要求严格。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，对可变截面涡轮（VGT）增压柴油机的控制系统的研究提出了宝贵经验。其控制系统的
第1章绪论7图1.3可移动挡板式涡轮增压器示意图KKK、Garrett公司研制的可变截面涡轮（VGT）增压器采用的是喷嘴环叶片在喷嘴环套上可轴向旋转的设计，示意图如图1.4所示。这种设计的优点是气流径向进气均匀，互不干涉，不会产生轴向推动力。通过执行机构调节喷嘴环叶片转过的角度，可以改变气流进入叶轮的入射角，进而改变涡轮对外的输出功率。但是这种设计方法的缺陷是结构复杂，喷嘴环叶片的执行机构如今仍无法实现无级调控，并且喷嘴叶片对制造工艺和材料要求较高，至今在船用柴油机领域的应用较少。图1.4可变截面涡轮增压器示意图我国可变截面涡轮（VGT）增压技术研究取得的成就，主要是对VGT的控制算法及控制器的设计上和VGT内部流场及结构分析。北京大学龚老师率先提出了以步进电机驱动齿条代替压片式驱动，结合可变截面涡轮（VGT）增压系统的控制策略，依据发动机的转速和负荷的变化，控制步进电机拖动齿条产生位移，进而改变喷嘴环叶片的开度，提高柴油机的强化指标，这种驱动方式简单，灵敏度高，但对控制系统的要求严格。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，对可变截面涡轮（VGT）增压柴油机的控制系统的研究提出了宝贵经验。其控制系统的
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 杨杰;基于DRL的可变几何截面涡轮增压器控制及仿真分析[D];重庆理工大学;2020年
2 刘晓梅;可变几何涡轮增压器与柴油机匹配技术研究[D];哈尔滨工程大学;2018年
本文编号：2780315
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/2780315.html
