某发动机增压器匹配方案研究

2014-07-25雷蕾刘闪闪张超林欣欣李波

汽车零部件 2014年7期

雷蕾，刘闪闪，张超，林欣欣，李波

（江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601）

0 前言

随着国家经济的迅猛发展，能源需求量越来越大，而石油资源日益枯竭，能源的供需矛盾越发突出。涡轮增压技术的出现很好地解决了工程师们对发动机动力性、经济性和排放等性能指标的要求［1－2］。同时，发动机增压器匹配得合适与否对发动机整机性能将产生直接影响。为了保证整机匹配增压器后的改善效果，除要求发动机和增压器自身性能良好外，两者匹配应表现出最佳的综合性能［3］。在增压器匹配分析中，当匹配方案较多时，借助一维热力学仿真软件可以对各方案进行全面对比，为匹配选型提供合理建议从而提高工作效率、降低研发成本［4－5］。目前市场上比较受用户欢迎的一维热力学仿真软件都经过多年的发展已经日趋成熟［6］，因此文中基于某一维热力学仿真软件对某汽油机增压器各种匹配方案进行研究。

1 计算模型

基于某一维热力学仿真软件搭建该增压汽油机的热力学分析模型，见图1。通过与全负荷外特性试验数据对标，包括进排气损失、进气量等，进行热力学模型校准，尽可能地模拟发动机真实工作状态，确保模型准确性。

2 增压器匹配计算

增压器匹配的要求:（1）设计工作点的增压压力、空气流量、汽油机功率、燃油消耗率能达到预期要求;（2）要尽可能使汽油机运行线穿过压气机特性线的高效区并与喘振边界线大致平行，且保持合适的距离，即喘振余量在10%～15%之间;（3）在整个工作范围内，发动机和增压器的热负荷不能超过材料热应力许可范围。

此次计算将各方案的扭矩、涡前排温控制在设计要求值，通过比较油耗、增压器效率等参数来分析判断各方案优劣，即找出压气机和涡轮机的最佳匹配组合。

（1）计算方案

在增压器匹配分析中，当匹配方案较多时，借助一维热力学仿真软件可以对各方案进行全面对比，为设计改动提供合理建议从而提高工作效率、降低研发成本。

目前现有压气机A、B和涡轮机C、D，通过两两匹配得到4种方案，见表1。

表1 4种匹配方案

（2）计算结果

图2为4种方案的全负荷外特性计算结果，扭矩、功率、进气量水平相当，且符合目标要求。比较油耗水平发现:1 000～3 000 r/min 4种方案水平相当;3 000～5 000 r/min，选用压气机A的方案1和方案2油耗水平较低。

从图3可以发现:方案1和方案2的增压器总效率整体上高于方案3和方案4;选用压气机A的方案1和方案2压气机效率较高;而选用涡轮机C的方案1和方案3涡轮机效率高于选用涡轮机D的方案2和方案4。

分析图4，1 800～2 000 r/min时4种方案的进气歧管进气温度均超过设计进气温度要求50℃;4 000～5 000 r/min，选用压气机B的方案3、4进气温度超过设计要求。3 000～5 000 r/min，选用压气机B的进气压力高于压气机A，这与进气温度趋势相一致。4种方案排气背压水平相当。

比较图5、图6可以发现:低转速区域，方案1和2的压气机A离喘振线距离更远，留有的喘振裕度更大一点;中高转速区域，方案1和2的压气机A效率也更高。