某车型高原动力性优化策略分析

2019-08-15刘航瑜康建伟廉蓉孙哲

汽车实用技术 2019年15期

刘航瑜，康建伟，廉蓉，孙哲

（1.陕汽集团商用车有限公司，陕西宝鸡 721000；2.陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

前言

近年来发动机高原性能试验数据表明，海拔每升高1000 m，在中高转速下，进气流量减小3.1%，在低转速下减小量增至7.2%。在循环喷油量保持不变的前提下，进气量减小，必然造成空燃比随海拔的增加而降低，5000m 海拔下的空燃比相对零海拔减小3～5。同时由于发动机进气密度降低，发动机滞燃期增加，后燃严重，指示热效率降低，引起柴油机高海拔性能的下降[1]。

根据以往发动机高原性能试验及仿真计算的经验，基于电控高压共轨燃油喷射技术的柴油机在高原环境使用，通过优化匹配涡轮增压器和对电控燃油喷射系统参数进行高原环境标定，改善发动机的高原性能。本论文旨在通过AVL BOOST对WP12.570 型目标发动机进行一维仿真分析，验证发动机在高原工况下性能的提升。

1 AVL-Boost 构建一维热力学模型

使用一维仿真软件AVL-Boost对WP12.570发动机进行建模，如图1 所示。使用数据对该模型进行标定，提高模型的准确性，从而提高仿真分析的精度。其中增压器参数如表1所示。

通过对涡轮增压器及发动机电控燃油喷射系统参数进行高原环境标定，得到其在高原环境下的基本性能参数。其中，高原标定试验主要包含对驾驶性能标定、增压器的保护标定和烟度限值标定等项目。试验车辆从海拔2700 米的格尔木出发驶向海拔4800 米左右的昆仑山，根据车辆实际行驶情况，采集相关试验数据，见表2。

图1 WP12.570 发动机一维热力学模型

表1 增压器参数

2 增压器高原热力学方仿真分析

高原地区车辆使用环境条件如表3 所示。

根据高原试验的限油情况，在标定4000m 的一维热力学模型的基础上，推算出平原上发动机的性能参数，分别计算了发动机在海拔高度为2800m、4000m、4500m、5000m 和5231m的条件下的运行状态并与平原状态进行对比，结果如表4 所示。

通过以上分析可知，WP12.570 柴油机在海拔4000m 及以上高原环境下，标定点及高转速区增压器、压气机均超出限值。通过限油策略，可以保证增压器转速及压气机出口温度满足要求；且在低速区域，该策略也可避免烟度恶化。

表4 各海拔发动机状态对比

3 高原动力性提升措施仿真分析

按照该车高原动力性提升方案拟采取的措施，在AVL-Boost 仿真软件中设置匹配VGT 涡轮增压器的发动机试验数据和发动机高原供油策略优化后的发动机参数，构建高原环境数据、发动机数据进行分析。

3.1 涡轮增压器与柴油机匹配优化仿真分析

在AVL-Boost 仿真模块下，对优化匹配VGT 涡轮增压器后的发动机总成在高原地区的性能进行分析[2]。根据分析数据做出发动机和增压器在各海拔高度的联合运行线，并与平原状态进行对比，如图2 所示。

图2 各海拔发动机和增压器联合运行线

将仿真值与试验值进行对比，误差如表5 所示。

表5 仿真值与试验值误差百分比

由表5 可以看出，仿真计算值和试验数据误差较小，仿真模型的精度满足要求。

3.2 发动机高原供油策略优化后动力性仿真分析

通过调整喷油提前角和循环供油量的联合优化方法，对高原环境下的发动机喷油参数进行调整以改变发动机在部分负荷工况下的燃烧相位，在提高循环热效率的基础上提升该车发动机在高原环境下的性能。

法国成人教育的一大特色就是多机构参与，这些机构主要包括营利性、非营利性私营机构、公立和半公立机构等。可以借鉴法国的做法，在鼓励诸如职教中心、职业院校开展成人教育的同时，通过政策支持社会力量兴办成人教育，这些社会力量应包括营利性私营机构。同时，应通过补贴的方式鼓励各种成人和职业教育协会等民间非营利性组织实施成人教育。这样才能调动全社会的积极性，吸引更多的成人教育的专业人才投入到成人教育事业之中。

3.2.1 供油提前角及最大循环供油量优化

在不同海拔下，喷油定时极大地影响了最高燃烧压力随海拔的变化规律。随海拔的增加，该高压共轨柴油机喷油提前，提前量在1～5℃A，转速和负荷越高，提前量也越大。海拔4000m 比平原提前5 A℃ 。该柴油机在喷油定时提前量较大的工况下，最高燃烧压力相位提前量也比较大，在其他工况下，最高燃烧压力相位随海拔的升高提前较小，这也是其他工况下最高燃烧压力随海拔的升高明显下降的重要原因之一。

喷油提前，预混合燃烧量增加，最高燃烧压力增加，能够部分补偿因进气压力降低造成的最高燃烧压力的下降，并提高柴油机的热效率，改善燃烧。发动机在高海拔运行时，通过控制喷油定时来保持理想的缸内最高燃烧压力。当环境压力低于某一限制值，并且增压压力在某一预定范围时，一旦发动机的转速超过了最低限制值，发动机的控制模块就控制喷油器提前喷油，提前量由增压压力、喷油率和喷油最大提前量等参数决定[3]。

在适当调整供油提前角的同时，可以增加最大循环供油量，进一步提升发动机的功率恢复能力。对WP12.570 型发动机的供油策略进行如下调整，见表6 及图3。

表6 供油策略调整

图3 供油策略对比

通过供油策略调整前后的对比可以看出：

1）在1200 r/min 以上工况点，调整后的循环供油量相比调整前有所提升；

2）在1200r/min 以下的工况点，为避免压气机发生喘振，循环供油量相对于原发动机的供油策略有所降低。

3.2.2 发动机高原供油策略优化后动力性变化

由BMEP 与油耗关系图4 和图5 可以看出，通过喷油提前角和最大循环供油量的联合调整，利用高原环境柴油机缸内压力降低的特点，很大程度实现了WP12.570 型发动机动力的恢复。在改善优化高原燃烧技术方面，降低涡轮入口温度是增加喷油提前角的主要贡献，柴油机的功率得到进一步提升则是增加循环供油量的主要贡献。由此可以看出，通过高原燃烧技术的优化既可以改善柴油机中速区间外特性，又能避免柴油机在高原环境下发生压气机喘振和超速现象。