[发明专利]一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法

权利要求书

1.一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：估算匹配的柴油机在外特性各工况点时所需进气流量与增压压力；

步骤2：将两级增压器看作一个整体，由增压器涡轮与压气机之间的功率平衡关系，通过调整总增压器效率，来确定涡前压力的大小；

步骤3：以对废气能量利用率最高为优化原则，计算出柴油机在各工况点时，两级增压器增压比和膨胀比的最优值；

步骤4：分别计算柴油机在外特性各工况点时，低压级增压器优化后的最佳涡轮几何当量流通面积；

步骤5：确定旁通系数δ的优化范围；

步骤6：确定高压级涡轮有效流通面积与高压级压气机相似流量的优化范围；

步骤7：根据使用需求从优化范围中确定旁通系数、高压级涡轮有效流通面积与高压级压气机相似流量的优化值；

步骤8：建立压端/涡端旁通两级增压系统各级间增压比与膨胀比最优分配时的约束原则；

所述步骤5中确定旁通系数δ的优化范围具体包括：

骤51：将高压级压气机与压端旁通阀视为等效高压级压气机，高压级涡轮与涡端旁通阀视为等效高压级涡轮，利用两级增压的匹配特性可以获取带旁通阀两级增压系统中的等效高压级增压比Eπ_HPC和等效高压级膨胀比Eπ_HPT；

骤52：根据所述等效高压级增压比Eπ_HPC和等效高压级膨胀比Eπ_HPT，利用高压级增压器功率平衡方程，优化出高压级旁通系数δ与高压级增压器效率η_HP的关系；

骤53：将高压级增压器效率η_HP表达成旁通系数δ的约束关系的函数：

η_HP＝F(δ)

则将δ描述为关于η_HP的反函数：

δ＝F^-1(η_HP)

若考虑高压级增压器效率η_HP的高效率区间为[a～b]，则所匹配两级增压柴油机在EOC_L、EOC_M、EOC_H即低、中、高三个工况的旁通系数范围结果分别为：

三个工况下满足要求的值域δ所表示的交集范围为发动机全转速工况下最优旁通系数选取范围值：δ＝δ_L∩δ_M∩δ_H,η_HP∈[a～b]；

所述建立压端旁通两级增压系统各级间增压比与膨胀比最优分配时的约束原则具体包括：步骤81.1：根据压端旁通两级增压系统的各级功率平衡方程式得到两级增压器压气机的总功率Wc为：

其中，Q_LPC为低压级压气机流量，k_C为空气等熵指数，R_C为空气气体常数，T₁和T₀分别为高压级与低压级压气机的进口温度，π_HPC和π_LPC分别为高压级与低压级压气机的增压比；

步骤81.2：控制各级中冷器，使则将压端旁通两级增压器压气机的总功率Wc化简为：

其中，ε为压端旁通升温比；

步骤81.3：使各级压气机满足即以使两级增压器压气机总耗能最少，实现目标总增压比；

步骤81.4：为实现目标总膨胀比，以最小涡轮功耗来优化各级膨胀比的分配关系，由压端旁通两级增压系统的各级功率平衡方程式得到两级涡轮总功率W_T为：

其中，η_HP和η_LP分别为高压级与低压级涡轮增压器总效率，Q_HPT为高压级涡轮流量，k_T为废气等熵指数，R_T为废气气体常数，T₄和T₅分别为高压级与低压级涡轮的涡前温度，π_HPT和π_LPT分别为高压级与低压级涡轮的膨胀比；

步骤81.5：使以使两级涡轮耗能最少；

考虑高压级和低压级增压器膨胀比相等，则两级涡轮总功率简为：

当时，达到目标增压比；

依据柴油机在不同的工作情况时高压级涡轮前后温差(T₄-T₅)值，得出时，柴油机实现目标增压比，两级涡轮消耗总能量最少，即废气利用效率最高；所述建立涡端旁通两级增压系统各级间增压比与膨胀比最优分配时的约束原则具体包括：

步骤82.1：根据涡端旁通两级增压系统的各级功率平衡方程式得到两级增压器压气机的总功率Wc为：

其中，Q_HPC为高压级压气机流量；

步骤82.2：控制各级中冷器，使则将涡端旁通两级增压器压气机的总功率Wc化简为：

其中，γ为涡端旁通升温比；

步骤82.3：使各级压气机满足即以使两级增压器压气机总耗能最少，实现目标总增压比；

步骤82.4：根据涡端旁通两级增压系统的各级功率平衡方程式得到两级涡轮总功率W_T为：

其中，Q_LPT为低压级涡轮流量；

步骤82.5：使时，以使两级涡轮耗能最少；

提出高压级和低压级增压器膨胀比相等的假设，则两级涡轮总功率化简为：

当时，达到目标增压比。