[发明专利]一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法

说明书

本发明涉及活塞式内燃机技术领域，具体公开了一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法，首先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；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，计算两级增压器增压比和膨胀比的最优值，计算低压级增压器优化后的最佳涡轮几何当量流通面积，确定旁通系数的优化范围以及高压级涡轮有效流通面积与高压级压气机相似流量；并建立压端/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。本发明为进一步优化两级增压器压比分配策略提供依据，简化了关键参数匹配问题的复杂性，使方案更容易实现。

技术领域

本发明涉及活塞式内燃机技术领域，具体为一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法。

背景技术

两级涡轮增压技术是实现内燃机高功率、低油耗、小型化目标的一项重要技术。随着对能量利用高效率和严格排放法规的不断追求，内燃机对节能减排提出了更高的要求，两级涡轮增压技术也随之迈入了大的发展阶段。其中带旁通阀的两级增压系统通过在高压级增压器涡轮端或者压气机端并联一个旁通阀，使内燃机废气能量的利用更加灵活，几乎满足任何复杂燃烧模式的进气需求，同时也能实现较快的响应，为内燃机平衡态与非平衡态流通特性的优化匹配提供了条件。

近年来，针对两级增压系统的匹配提出了众多的模型描述。但目前的两级增压匹配方法并未考虑带旁通道的流通特性参数的描述，导致带旁通阀的两级增压系统匹配方法缺少相关解决方案。同时，带旁通阀的两级增压系统与内燃机的非最佳匹配将会直接导致低速满负荷工况下的性能不佳。因此，提出一种适用于带旁通阀两级增压系统的匹配方法，丰富两级增压器的优化选型理论基础是非常必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于带旁通阀的两级增压系统关键参数的匹配方法，能够更有效地优选出带旁通阀的两级增压系统中旁通系数、高压级涡轮有效流通面积和高压级压气机相似流量等相关特性参数。技术方案如下：

一种两级涡轮增压内燃机关键参数的匹配方法，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。

进一步的，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；