[发明专利]双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法

权利要求书

1.一种双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，本方法应用于高原柴油机的双VGT二级可调增压系统，其特征在于：将双VGT二级可调增压系统转化为等效单级可调增压器，具体步骤为：首先，分别将高压级和低压级涡轮增压器及对应的旁通阀转化为等效高压级增压器和等效低压级增压器；然后，以进排气系统质量守恒和能量守恒公式，转化为等效二级增压器，分别得到了对应的等效涡轮流通面积和等效增压器效率。

2.根据权利要求1所述的双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，其特征在于：等效增压器效率的计算方法为：

设ρ₅等于ρ′₅，那么：

Δh_(3-5)＝Δh_(3-4)+Δh_(4-5) (1)

等效二级涡轮流通面积A_T为：

其中，μ_HT、μ_LT分别为高压级和低压级涡轮的流通系数；γ、δ分别为高压级涡轮和低压级涡轮的旁通率；π_LT为低压级涡轮的膨胀比；A_HT和A_LT分别为高、低压级涡轮几何流通面积，分别为：

其中，A_HV为高压级涡轮喷嘴环截面积；A_HR为高压级涡轮叶片出口截面积；ρ₄、ρ₅分别为高压级涡轮喷嘴环出口和涡轮叶片出口的燃气密度。

其中，A_LV为低压级涡轮喷嘴环截面积；A_LR为低压级涡轮叶片出口截面积；ρ₆、ρ₇分别为低压级涡轮喷嘴环出口和涡轮叶片出口的燃气密度。

结合(1)、(2)和(3)式，能够得到二级可调增压器等效涡轮流通面积的大小由高、低压级涡轮喷嘴环截面积(A_HV、A_LV)和高、低压级涡轮旁通率(γ、δ)四个参数决定，对应着高、低压级VGT叶片开度和高、低压级涡轮旁通阀开度四个控制变量。

等效二级可调涡轮效率为：

等效低压级涡轮效率：

与排气系统类似，进气系统近似为：

Δh_(0-2)＝Δh_(0-1)+Δh_(1-2) (7)

综合公式(1)、(5)、(6)、(7)，得到等效二级涡轮效率为：

3.根据权利要求1所述的双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，其特征在于：双VGT二级可调增压系统的变海拔控制策略，包括：

1)在0m～3000m海拔范围内，低压级涡轮旁通阀随海拔升高，由全开至全关。在3000m～5500m海拔，低压级涡轮旁通阀全关；

2)在3000m～5500m海拔范围内，以增压压力不降低为目标，实时控制高压级VGT叶片和高压级涡轮旁通阀开度大小；

3)在800r/min～1500r/min范围，高压级VGT叶片随转速升高，由最小开度至最大；在1500r/min～2100r/min，高压级VGT叶片开度最大，高压级涡轮旁通阀随转速升高，由全关至全开；

4)在海拔3000m最大转矩点，低压级VGT叶片随着负荷的升高开度由最小至最大。

4.根据权利要求1所述的双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，其特征在于：计算变海拔条件下二级可调增压系统的调节范围，具体步骤为：

(1)根据涡轮增压器能量平衡公式，得到增压压力和涡轮流量和流通面积的关系：

在同一海拔下，进气压力不变，柴油机的循环进气量不变，在固定发动机负荷情况下，不变的转矩输出所需的空燃比也不变，因此可认为柴油机排气温度T₃为定值，则(9)式变为：

不同海拔条件下，根据功率恢复至平原环境目标，对应的总压比π_c不同，其中，高压级VGT叶片和HP-valve根据发动机转速进行调节，在中低转速范围下800r/min～1500r/min，高压级VGT叶片由最小至最大开度，在中高转速范围1500r/min～2100r/min，HP-valve逐渐开启至最大开度；

在海拔3000m环境下，从高压级VGT叶片开启至全开的转速比，为转速800r/min～1500r/min下的调节范围，这个转速范围内，高压级VGT叶片通过调节高压级涡轮喷嘴环截面积对总增压压力进行调节，由(10)得到：

通过式(11)，在转速800r/min～1500r/min，二级可调增压系统调节能力与高、低压级涡轮流通面积比和最高增压压力有关，影响π_LT，其中，高低压级涡轮流通面积比越大，调节能力越强。当目标最高增压压力升高时，相应的π_LT升高，系统调节能量减弱，式(11)在二级可调增压系统的选配阶段可用来确定高压级VGT涡轮的流通范围；

(2)在海拔3000m环境下，在转速1500r/min～2100r/min，HP-valve从关闭至完全开启的转速比，为二级增压系统中高转速范围的调节，由公式(10)得：

在n_max2处，流经高压级涡轮流量很小，可近似认为(1-γ_max)²≈0，将(12)简化为：

(3)LP-valve根据海拔进行调节，在0m～3000m范围，在柴油机最大转矩点，随着海拔升高，LP-valve由最大开度至完全关闭，发动机的动力性不降低，公式(10)变为：

若保持增压压力在0m～3000m不变，则有：

在海拔3000m，低压级旁通阀全关δ＝0，同时，调节过程中高压级旁通阀全关，

1-γ≈1，将(15)式变为：

(4)在海拔3000m额定功率点，随着负荷增加，排气温度升高，低压级VGT叶片(LPVGT)由开度最小至最大开度，公式(10)变为：

从LPVGT叶片全部关闭至全开的涡前排气温度比T_max/T_min为二级可调增压系统调节范围，这个范围内通过调节LPVGT叶片开度大小对增压压力进行调节