馬超 李成 王孝麗 劉永芳 張健健 李國祥



摘要:為提高船用高功率密度發(fā)動機(jī)低速性能,設(shè)計(jì)單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng),利用一維熱力學(xué)仿真軟件對分別搭載單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)、傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)及單級增壓系統(tǒng)的同一發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行仿真計(jì)算。仿真結(jié)果表明:轉(zhuǎn)速小于1 200 r/min時(shí),搭載傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)性能明顯提升,轉(zhuǎn)速大于1 400 r/min時(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性惡化;轉(zhuǎn)速小于1 100 r/min時(shí),搭載單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī),性能提升優(yōu)于傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng),轉(zhuǎn)速大于1 200 r/min時(shí)性能與單級增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)基本持平;與傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)相比,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)提升低速轉(zhuǎn)矩的潛力更大;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速小于1 000 r/min時(shí),與傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)相比,轉(zhuǎn)矩儲備增加9%~30%。
關(guān)鍵詞:二級增壓;單級/二級可調(diào)增壓;低速轉(zhuǎn)矩;燃油經(jīng)濟(jì)性
中圖分類號:TK423.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1673-6397(2023)04-0035-09
引用格式:馬超,李成,王孝麗,等.單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)對船用發(fā)動機(jī)低速性能的影響[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置,2023,40(4):35-43.
MA Chao, LI Cheng, WANG Xiaoli, et al. Influence of a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system on the performance under low-speed conditions of a marine engine [J].Internal Combustion Engine & Powerplant, 2023,40(4):35-43.
0 引言
隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,對船舶的動力性特別是對低速轉(zhuǎn)矩特性提出了更嚴(yán)格的要求。在發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,改善發(fā)動機(jī)中低速性能和瞬態(tài)響應(yīng)性的措施主要包括采用可變截面渦輪增壓技術(shù)、相繼增壓系統(tǒng)、二級增壓系統(tǒng)等,其中二級增壓系統(tǒng)采用兩級增壓器串聯(lián)布置,每級增壓器均分擔(dān)一部分發(fā)動機(jī)所需的增壓壓力,避免可變截面增壓器可靠性較差、低工況渦輪機(jī)效率低的缺點(diǎn),同時(shí)在一定程度上減緩相繼增壓系統(tǒng)在切換過程中運(yùn)行不平穩(wěn)的問題。通過對增壓系統(tǒng)進(jìn)行合理的匹配和控制,改善發(fā)動機(jī)低速性能,因此二級增壓系統(tǒng)研究在國內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注。
國外20世紀(jì)末開始二級增壓系統(tǒng)的應(yīng)用研究,分別在高速船用柴油機(jī)[1]、6.4 L車用發(fā)動機(jī)[2]上匹配了二級增壓系統(tǒng),結(jié)果表明,二級增壓系統(tǒng)可以提升發(fā)動機(jī)中低速性能。2009年國外某公司對其3.0 L發(fā)動機(jī)的二級增壓系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化,在高壓級增壓器引入變幾何增壓技術(shù)(variable geometry turbocharging,VGT),進(jìn)一步提升了增壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力[3]。2007年某公司在一款中速船用柴油機(jī)上進(jìn)行了可調(diào)二級增壓系統(tǒng)研究,結(jié)果表明,標(biāo)定工況下,發(fā)動機(jī)增壓壓力達(dá)到0.9 MPa,改善了米勒循環(huán)造成的發(fā)動機(jī)動力下降問題[4-5]。近年來,國內(nèi)對二級增壓系統(tǒng)也開展了廣泛的研究:劉博等[6-7]、汪齊富[8]、王利民等[9]在可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的匹配方法、調(diào)節(jié)能力及瞬態(tài)特性方面開展了系統(tǒng)的建模仿真和試驗(yàn),建立了二級增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制策略的新方法;劉瑞林等[10]、董素榮等[11]、張眾杰等[12-13]對匹配二級增壓系統(tǒng)柴油機(jī)的高海拔特性進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究,并且分析了VGT搭配二級增壓系統(tǒng)在高海拔工況下的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)規(guī)律;劉瑩等[14]對某柴油機(jī)進(jìn)行了兼顧平原和高原性能的二級增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,通過合理設(shè)計(jì)和控制,可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)平原功率及海拔高度為4 500 m時(shí)額定功率下降21%的目標(biāo);邵志剛[15]、趙長祿等[16]也對具體發(fā)動機(jī)機(jī)型進(jìn)行了可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。
針對某高速艇用發(fā)動機(jī)提升低速轉(zhuǎn)矩的需求,設(shè)計(jì)二級增壓系統(tǒng)進(jìn)行匹配,根據(jù)發(fā)動機(jī)高工況功率密度高的特點(diǎn),提出一種單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng),與原機(jī)及匹配常規(guī)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行仿真對比,研究可調(diào)增壓系統(tǒng)在保證發(fā)動機(jī)高速性能不降低的前提下低速性能提升的潛力。
1 增壓系統(tǒng)方案
某6缸高速艇用發(fā)動機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。
該發(fā)動機(jī)發(fā)火順序?yàn)?—5—3—6—2—4,采用脈沖水冷排氣管降低熱負(fù)荷。原機(jī)匹配1個(gè)J130增壓器。該發(fā)動機(jī)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
為了提升該發(fā)動機(jī)在低速下的性能,對該發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)2種二級增壓系統(tǒng)方案:1)增壓系統(tǒng)為常規(guī)形式,增壓器采用兩級串聯(lián),在高壓級增壓器設(shè)置旁通閥門,用于高工況下高壓級渦輪機(jī)放氣;2)單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng),在高壓級的壓氣機(jī)和渦輪機(jī)端均設(shè)置旁通閥,當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行至高工況時(shí),利用旁通閥將高壓級增壓器與系統(tǒng)斷開,僅使用低壓級增壓器工作。發(fā)動機(jī)低速工況運(yùn)行時(shí),該增壓系統(tǒng)采用二級增壓,改善發(fā)動機(jī)低速性能;發(fā)動機(jī)高速工況運(yùn)行時(shí),采用單級增壓,維持原機(jī)增壓水平,避免高工況下增壓壓力過高而出現(xiàn)的發(fā)動機(jī)最大爆發(fā)壓力超限問題。2種增壓系統(tǒng)方案示意圖分別如圖2、3所示。
2 建模及驗(yàn)證
2.1 原機(jī)
利用一維熱力學(xué)仿真分析軟件GT-Power建立的原發(fā)動機(jī)仿真模型如圖4所示。
發(fā)動機(jī)氣缸模型及進(jìn)排氣管路模型按照發(fā)動機(jī)廠提供的實(shí)際參數(shù)設(shè)置。按照實(shí)際噴油規(guī)律作為輸入,燃燒采用真實(shí)發(fā)動機(jī)燃燒規(guī)律擬合的雙韋伯函數(shù)模型,并在轉(zhuǎn)矩提升的仿真過程中,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)延長燃燒持續(xù)期。假定摩擦損失壓力與最大爆發(fā)壓力及活塞運(yùn)動速度的平方呈線性關(guān)系,其系數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定,采用WoschniGT模型模擬傳熱特性。增壓器中渦輪機(jī)采用簡單模型,壓氣機(jī)性能map數(shù)據(jù)為國內(nèi)某增壓器企業(yè)的性能測試數(shù)據(jù)。以壓氣機(jī)葉輪輪緣線速度為控制變量,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(大氣壓力為100 kPa,溫度為25 ℃)仿真獲得的聯(lián)合運(yùn)行線與壓氣機(jī)實(shí)測map圖的匹配如圖5所示。
發(fā)動機(jī)性能仿真與試驗(yàn)結(jié)果對比如圖6所示,其中發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)臺架及測控系統(tǒng)見文獻(xiàn)[17]。由圖6可知:搭建的一維熱力學(xué)仿真模型可以較好地預(yù)測發(fā)動機(jī)的外特性變化趨勢,在相同轉(zhuǎn)矩工況下,仿真的中冷前壓力與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,仿真的燃油消耗率be與試驗(yàn)結(jié)果的相對誤差不超過7%,渦前排溫相對誤差不超過5%,因此模型結(jié)果基本可信,可以利用該模型進(jìn)行發(fā)動機(jī)性能仿真。
2.2 可調(diào)二級增壓及單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)
在發(fā)動機(jī)原機(jī)的仿真模型基礎(chǔ)上,搭建了傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)及單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的一維熱力學(xué)仿真模型,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的一維熱力學(xué)仿真模型如圖7所示。與單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)相比,傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)模型的高壓級壓氣機(jī)側(cè)少一路旁通管路及閥門,其余一致。
為了研究傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)與單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)性能提升的潛力,應(yīng)盡可能消除由于增壓器個(gè)體效率差異導(dǎo)致的性能變化。在原機(jī)增壓器map基礎(chǔ)上,按照幾何等比例縮放的方法進(jìn)行增壓器性能模化。
模化后壓氣機(jī)折合質(zhì)量流量和渦輪機(jī)相似質(zhì)量流量的相關(guān)計(jì)算式如下。
按照流動相似(馬赫數(shù)相似)的原則,相同線速度下,模化后壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的壓比及膨脹比與模化前相同,模化前、后對應(yīng)工況點(diǎn)的效率不發(fā)生改變。
基于以上模化方法,將多種模化后增壓器組成的增壓系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)進(jìn)行性能匹配計(jì)算,按照發(fā)動機(jī)性能最優(yōu)原則,確定2種增壓系統(tǒng)方案及模化參數(shù),如表2所示。
可調(diào)二級增壓系統(tǒng)及單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)中二級壓氣機(jī)及其聯(lián)合運(yùn)行線如圖8、9所示。由圖8、9可知:絕大部分工況處于壓氣機(jī)高效運(yùn)行區(qū),基本實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)和增壓器的最優(yōu)匹配。
3 結(jié)果與分析
3.1 外特性對比
基于最優(yōu)匹配的增壓器方案,在相同的外特性轉(zhuǎn)矩工況下,原機(jī)及匹配2種增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)性能對比如圖10所示。
由圖10a)、b)可知:在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于1 100 r/min工況下,2種二級增壓系統(tǒng)相比原機(jī)表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢,傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的be降低了5~12 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性提高2.2%~4.8%;采用單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)be比傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)降低0~4 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性提高0~1.8%;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速由1 200 r/min增加到1 860 r/min過程中,高壓級廢氣旁通比由12%增加到60%;由于渦端旁通放氣,浪費(fèi)了一部分廢氣能量,增壓系統(tǒng)總效率下降,使得匹配傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的be增大,燃油經(jīng)濟(jì)性下降約2.3%~4.6%。
由圖10c)~e)可知:由于串聯(lián)增壓,2種二級增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)在中低速工況下總增壓壓力和渦前壓力均明顯高于原增壓系統(tǒng);發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時(shí),單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的總增壓壓力為350 kPa,比原機(jī)增壓系統(tǒng)提升約200 kPa;得益于增壓壓力提升,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)和傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的空燃比分別比原機(jī)提高5.8%~72.3%和5.4%~39.6%。
由圖10f)、g)可知:2種二級增壓系統(tǒng)增壓壓力的提升,渦前排溫大幅降低,其中傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)渦前排溫比原機(jī)降低26~162 ℃,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)渦前排溫比傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)降低18~82 ℃;較大的增壓壓力使2種二級增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力明顯增加,其中單級/二級可調(diào)系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min時(shí),發(fā)動機(jī)最大爆發(fā)壓力達(dá)到限值,為17 MPa,因此進(jìn)一步增大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,必須通過閥門使高壓級增壓器與系統(tǒng)斷開,采用低壓級單級增壓工作;相比原機(jī),低壓級增壓器的壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的通流能力均略大,提升了壓氣機(jī)的匹配效率和發(fā)動機(jī)的排氣阻力,在一定程度上降低了泵氣功損失。因此,單級/二級增壓系統(tǒng)僅使用低壓級工作時(shí),發(fā)動機(jī)整體性能指標(biāo)與原機(jī)相近,燃油經(jīng)濟(jì)性和渦前排溫略有優(yōu)勢;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高至1 200 r/min時(shí),裝配傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)最大爆發(fā)壓力達(dá)到爆壓限值;因此繼續(xù)提升發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,需對高壓級渦輪機(jī)進(jìn)行旁通放氣;隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提升,高壓級渦輪機(jī)旁通量增加,釋放渦前壓力,渦前壓力和增壓壓力均在小幅范圍內(nèi)變化。
3.2 轉(zhuǎn)矩提升特性
發(fā)動機(jī)中低速且相同轉(zhuǎn)矩工況下,2種二級增壓系統(tǒng)的增壓壓力均增大,發(fā)動機(jī)實(shí)際進(jìn)氣量大幅提升,最大爆發(fā)壓力和渦前排溫相對于各自限值有一定裕度,因此在這些工況下允許噴射更多的燃油進(jìn)行燃燒,發(fā)動機(jī)低速轉(zhuǎn)矩明顯提升。按照最大爆發(fā)壓力限值為17 MPa、渦前排溫限值為750 ℃進(jìn)行控制,將2種二級增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)性能與原機(jī)對比,如圖11所示。
由圖11a)可知:傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不大于1 200 r/min時(shí)可提升發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,提升幅度為7%~102%;單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速小于1 100 r/min時(shí)可以提升發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩,比原機(jī)轉(zhuǎn)矩提升14%~162%;發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時(shí),由于受限于最大爆發(fā)壓力,單級/二級增壓系統(tǒng)必須切換為低壓級單級增壓模式,因此轉(zhuǎn)矩不能提升;在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速小于1 000 r/min時(shí),相比傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng),單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩提升能力更大,轉(zhuǎn)矩儲備可以進(jìn)一步增加9%~30%。
由圖11b)可知:在轉(zhuǎn)矩提升過程中,得益于傳統(tǒng)二級增壓系統(tǒng)低壓級壓氣機(jī)及單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)高壓級壓氣機(jī)匹配效率的提升,2種二級增壓系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 000 r/min及以下的be比相同轉(zhuǎn)矩工況下的優(yōu)勢進(jìn)一步加大,傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)比原機(jī)的燃油消耗率降低2~29 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性提高0.9%~10.7%;單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)比傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的be可以進(jìn)一步降低2~21 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高0.8%~8.7%。
由圖11c)~g)可知:在低速轉(zhuǎn)矩提高的過程中,2種二級增壓系統(tǒng)的總增壓壓力和渦前壓力均大幅提升;缸內(nèi)爆發(fā)壓力也均明顯升高,顯著高于原機(jī)系統(tǒng);在較大的進(jìn)氣流量下,渦前排溫相比原機(jī)仍然具有一定的優(yōu)勢,但單級/二級增壓系統(tǒng)的渦前排溫高于傳統(tǒng)二級增壓系統(tǒng); 發(fā)動機(jī)中高速工況下,2套增壓系統(tǒng)由于排溫和最大爆發(fā)壓力的限制,均難進(jìn)一步提升發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和燃油性能,發(fā)動機(jī)燃油消耗率、空燃比、增壓壓力、渦前壓力和廢氣旁通比等性能對比結(jié)果與3.1節(jié)的結(jié)果基本一致。
4 結(jié)論
為改善某船用發(fā)動機(jī)中低速性能,提出和設(shè)計(jì)了單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng),在中低速采用二級增壓,在中高速單級增壓。在增壓器性能最優(yōu)匹配的前提下,對分別搭載此增壓系統(tǒng)、傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)同一款發(fā)動機(jī)及原機(jī)增壓系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動機(jī)一維熱力學(xué)仿真,并進(jìn)行性能對比,得出以下結(jié)論。
1)在相同轉(zhuǎn)矩工況下,傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)使發(fā)動機(jī)的燃油消耗率降低了5~12 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性提高2.2%~4.8%;與傳統(tǒng)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)相比,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的燃油消耗率降低0~4 g/(kW·h),燃油經(jīng)濟(jì)性提高0~1.8%。
2)發(fā)動機(jī)大于1 400 r/min時(shí),傳統(tǒng)可調(diào)增壓系統(tǒng)使發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性相比較于原機(jī)降低約2.3%~4.6%;單級/二級可調(diào)系統(tǒng)采用單級增壓,發(fā)動機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)與原機(jī)基本一致。
3)相比傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng),單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不超過1 000 r/min時(shí)的轉(zhuǎn)矩提升能力更大,轉(zhuǎn)矩儲備可以進(jìn)一步提高9%~30%。
4)在提升轉(zhuǎn)矩工況下,2種增壓系統(tǒng)均可使發(fā)動機(jī)低速工況的燃油經(jīng)濟(jì)性得以改善,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)比傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性提高0.8%~8.7%。
5)與傳統(tǒng)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)相比,單級/二級可調(diào)增壓系統(tǒng)對于注重中低速大轉(zhuǎn)矩和經(jīng)濟(jì)性的發(fā)動機(jī)具有一定優(yōu)勢,但高速運(yùn)行狀態(tài)與單級增壓系統(tǒng)較為相近。
參考文獻(xiàn):
[1]PFLGER F. Regulated two-stage turbocharging-KKK′s new charging system for commercial diesel? engines[C]//Proceeding of IMechE.The? Sixth? International? Conference? on? Turbocharging? and? Air? Management Systems.London, UK: IMechE,1998:127-141.
[2]CHRISTMANN R, SCHMALZL H,SCHMITT F, et al. Regulated 2-stage turbocharging for passenger car and commercial vehicle engines[J].MTZ Worldwide Edition,2005,66(1):6-9.
[3]LANGEN P, HALL W,NEFISCHER P, et al.The new two-stage turbocharged six-cylinder diesel engine of the BMW 740d[J].ATZ auto Technology,2010,10(2):44-51.
[4]WILE C, HALLBACK B.Utilisation of 2-stage turbo charging as an emission reduction mean on a Wartsila 4-stroke medium-speed diesel engine[C]//Proceeding of 25th CIMAC World Congress.Vienna,Austria:CIMAC,2007:1208-1217.
[5]WIK C, HALLBACK B.Reducing emissions using 2-stage turbo charging[J].WRTSIL Techniacal Journal,2008(1):35-41.
[6]劉博,胡志龍,李華雷,等.可調(diào)二級增壓柴油機(jī)旁通閥特性和調(diào)節(jié)規(guī)律的試驗(yàn)[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2012,30(1):72-78.
[7]劉博,李華雷,胡志龍,等.可調(diào)二級增壓柴油機(jī)瞬態(tài)加載性能的試驗(yàn)[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2012,30(2):107-112.
[8]汪齊富.船用柴油機(jī)米勒循環(huán)可調(diào)二級渦輪增壓系統(tǒng)的研究[D].上海:上海交通大學(xué), 2012.
[9]王利民,裴海俊,張文,等.柴油機(jī)可調(diào)兩級增壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥流量特性[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置,2021,38(3):19-24.
[10]劉瑞林,林春城,董素榮,等.柴油機(jī)二級可調(diào)增壓系統(tǒng)高海拔標(biāo)定試驗(yàn)[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2016,34(6): 543-548.
[11]董素榮,劉卓學(xué),劉瑞林,等.VGT葉片開度對二級增壓柴油機(jī)高海拔低速匹配特性的影響[J].車用發(fā)動機(jī),2016(6):30-34.
[12]張眾杰,劉瑞林,周廣猛,等.二級可調(diào)增壓柴油機(jī)高海拔瞬態(tài)特性仿真[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2019,37(5):393-400.
[13]張眾杰,劉瑞林,周廣猛,等.高海拔二級增壓系統(tǒng)與噴油系統(tǒng)匹配模擬[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào), 2020,38(1):49-56.
[14]劉瑩,葛煒,張繼忠,等.兼顧平原與高原性能的二級增壓系統(tǒng)性能試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程, 2017,38(2):123-127.
[15]邵志剛.V6柴油機(jī)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與匹配[D].北京:北京理工大學(xué),2017.
[16]趙長祿,李長江,韓愷,等.不同海拔下柴油機(jī)可調(diào)二級增壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,47(2):369-376.
[17]李成,馬超,陳秉智,等.相繼增壓系統(tǒng)對改善船用直列八缸發(fā)動機(jī)性能的試驗(yàn)研究[J].船舶工程,2020,42(8):64-68.
Influence of a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system on the performance under low-speed conditions of a marine engine
MA Chao1,2,3, LI Cheng3,4, WANG Xiaoli3,5, LIU Yongfang3,5,ZHANG Jianjian3,5, LI Guoxiang1,3*
1. School of Energy and Power Engineering,Shandong University,Jinan 250061,China;
2. School of Machinery and Automation, Weifang University,Weifang 261061,China;
3. Key Laboratory of Turbocharging System of Mechanical Industry, Shouguang 262718,China;
4. Guangxi Yuchai Ship Electric Power Co., Ltd., Yulin 519175, China;
5. Kangyue Technology (Shandong) Co., Ltd., Shouguang 262718,China
Abstract:In order to improve the low-speed performance of marine engines with high power density, a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system is proposed, and one-dimensional thermodynamic simulations are conducted to compare performances of the engine with different turbocharging systems. The results show that the traditional two-stage adjustable turbocharging system has obvious advantage in improving the engine performanceunder working conditions less than 1 200 r/min, and the fuel economy under the 1 400 r/min conditions deteriorate. The engine equipped with a single-stage/two-stage adjustable turbocharging system has better performance improvement than traditional two-stage adjustable turbocharging systems when the engine speed is less than 1 100 r/min. When the engine speed is greater than 1 200 r/min, the engine performance is basically the same as that of a single stage turbocharging system engine.Compared with traditional two-stage adjustable turbocharging system engine, single-stage/two-stage adjustable turbocharging system engine has greater potential for improving low-speed torque.When the engine speed is less than 1 100 r/min, compared to traditional two-stage turbocharging systems, engine equipped with single/two-stage adjustable turbocharging systems has a torque reserve increase of 9% to 30%.
Keywords: two-stage turbocharging; single-stage/two-stage adjustable turbocharging; low-speed torque; fuel economy
(責(zé)任編輯:劉麗君)
收稿日期:2023-05-25
基金項(xiàng)目:濰坊市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2021GX011)
第一作者簡介:馬超(1985—),男,安徽淮南人,副教授,工學(xué)博士,主要研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)先進(jìn)增壓技術(shù),E-mail: iammach@163.com。
*通信作者簡介:李國祥(1965—),男,山東蓬萊人,工學(xué)博士,教授,主要研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)燃燒與排放控制、整機(jī)開發(fā)及可靠性、新能源汽車等,E-mail:liguox@sdu.edu.cn。