不同架构的增压系统对发动机效率的影响及参数优化



不同架构的增压系统对发动机效率的影响及参数优化

为了满足未来法规对CO2排放的限制以及消费者对汽车燃油经济性越来越高的要求，许多发动机制造商都在努力研发小型增压直喷发动机技术，并尽可能满足不同车型平台的要求。因此，合理引入增压系统来减少发动机气缸个数，同时获得足够的输出功率和输出扭矩将成为了一种可行的方案。

增压系统能够在很大程度上改善发动机进、排气过程，因为该系统会改善排气背压、气体流动特性和气缸内扫气过程，所以将其和燃油喷射发动机结合在一起，能有效地改善燃烧过程和发动机燃油经济性。增压系统的架构和工作状态与发动机的性能和效率紧密相关。

较为常见的增压系统架构分为单级增压和双级增压两种，其中，双级增压又分为双涡轮增压或者涡轮增压-机械增压相结合两种。当将发动机与增压机构、机械结构、流体动力学特性及热力学特性进行综合考虑时，系统将会极为复杂，因此需要从总体出发，进行多目标的优化。在初选发动机增压器时，最重要的是匹配发动机的设计特性如发动机的压缩比、气门结构、进排气组件，并且调整和优化发动机的相关控制参数。

引入不同增压系统，并对发动机的工作循环进行了一维仿真，同时结合台架试验获得发动机的最优工作点参数和校准参数。分别将不同的发动机和增压系统架构进行了5种组合，包括两组4缸1.6L直喷发动机与单级增压系统（涡轮增压或机械增压）的组合，以及3组3缸1.2L直喷发动机与双级增压系统（双涡轮增压、涡轮-机械增压和机械-涡轮增压）的组合。通过试验，优化了这5种组合的定量参数（压缩比等）和变量参数（进排气时间、燃烧相位等）。

通过试验分析可知，在轻载荷时，采用3缸发动机配合机械-涡轮双级增压系统的组合，其燃油经济性最佳；而在中、高载荷的情况下，采用4缸发动机配合机械增压系统能实现最佳的燃油经济性。

Manfred Amann et al. SAE 2014-01-1204.

编译：范狄