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变海拔环境下离心压气机叶轮多场应力响应

兵工学报 2021年第3期42卷 478-486页

作者：洪舟振森张虹马朝臣吴新涛北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室天津300400

针对车用涡轮增压器离心压气机叶轮在变海拔环境下可能出现的静强度失效问题,开展了叶轮在变海拔环境下多场载荷及应力响应的变化规律研究。采用单向稳态流体与固体耦合的方法,计算了叶轮在气动载荷、热载荷以及离心载荷作用下的单场应... 详细信息

针对车用涡轮增压器离心压气机叶轮在变海拔环境下可能出现的静强度失效问题,开展了叶轮在变海拔环境下多场载荷及应力响应的变化规律研究。采用单向稳态流体与固体耦合的方法,计算了叶轮在气动载荷、热载荷以及离心载荷作用下的单场应力以及多场耦合应力。结果表明:在真实流量、真实转速不变,仅根据海拔高度不同改变进气压力与进气温度时,叶轮进口流动角随着海拔升高而增加,导致高海拔环境下长叶片前缘静压差较大,最大气动应力从长叶片尾缘转移到前缘,叶轮的热载荷、热应力以及最大多场耦合应力随海拔升高而减小;在增压发动机工况不变时,随着海拔的升高,叶轮气动应力与热应力的绝对变化较小,压气机转速上升带来较大的离心应力增幅,进而导致耦合应力的增加。

关键词：涡轮增压器变海拔离心压气机叶轮多场耦合应力分析

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变海拔柴油机增压系统全工况控制策略研究

汽车工程 2016年第7期38卷 791-799页

作者：李华雷胡志龙曹杰石磊张慧龑谷允成邓康耀上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海200240 中航商用航空发动机有限责任公司上海200241 中国北方发动机研究所(天津) 天津300400

基于柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数估算和选配,确定了某V型6缸柴油机与废气放气式增压系统的匹配方案,并采用GT-Power仿真软件分别计算了柴油机外特性和部分负荷的变海拔性能,最终确定了增压系统的全工况控制策略... 详细信息

基于柴油机的变海拔性能恢复目标,通过对增压系统进行参数估算和选配,确定了某V型6缸柴油机与废气放气式增压系统的匹配方案,并采用GT-Power仿真软件分别计算了柴油机外特性和部分负荷的变海拔性能,最终确定了增压系统的全工况控制策略。研究结果表明:在外特性工况,基于高海拔匹配的增压系统通过关闭放气阀可以满足柴油机的进气耗功需求,实现了柴油机的变海拔功率恢复目标;随着海拔高度的降低,增压系统可以基于进气耗功的变化适当开启放气阀来保证柴油机的正常运行;在全工况范围内,随海拔高度的上升,柴油机对应工况点的放气阀开度逐渐减小,并在海拔3 000m以上完全关闭。当海拔从0增加到2 000m时增压系统放气流量比的最大值减小了30.7%,最小值减小了65.2%。

关键词：柴油机增压系统控制策略变海拔

柴油机两级涡轮阀可调增压系统变海拔控制策略研究

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汽车工程 2020年第2期42卷 149-156页

作者：张众杰刘瑞林杨春浩张君仪焦宇飞陆军军事交通学院天津300161 海军工程大学武汉430000 南开区新闻中心天津300161

为解决某型两级可调增压柴油机变海拔、变工况增压压力控制复杂问题。采用GT-POWER软件建立两级可调增压柴油机高海拔工作过程模型,利用试验数据进行了模型校核。设计了两级可调增压柴油机涡轮旁通阀变海拔控制策略,优化标定得到了高/... 详细信息

为解决某型两级可调增压柴油机变海拔、变工况增压压力控制复杂问题。采用GT-POWER软件建立两级可调增压柴油机高海拔工作过程模型,利用试验数据进行了模型校核。设计了两级可调增压柴油机涡轮旁通阀变海拔控制策略,优化标定得到了高/低压级涡轮旁通阀最佳开度和最佳增压压力。采用仿真与试验相结合手段,比较了基于增压压力PID闭环控制和基于涡轮旁通阀开度的开环控制对柴油机高海拔瞬态性能的影响。结果表明:采用PID闭环控制,相比平原,3000、5000 m海拔增压压力首次达到目标值90%的时间分别增加了0.11、0.19 s。涡轮旁通阀开环控制与闭环控制相比,0、3000和5000 m首次达到目标增压压力的时间分别缩短了0.09、0.197和0.14 s,但实际增压压力与目标增压存在偏差。基于此,采用增压压力PID闭环反馈控制与涡轮旁通阀开环控制相结合的控制算法能够同时兼顾两级增压系统瞬态过程的鲁棒性和准确性,是未来高海拔两级增压系统瞬态过程的理想控制算法。

关键词：柴油机变海拔两级可调增压系统涡轮旁通阀电控气动式控制策略

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两级可调增压系统变海拔适应性研究

内燃机工程 2015年第3期36卷 1-5页

作者：李华雷石磊邓康耀霍学敏程江华邢卫东上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海200240 柴油机增压技术重点实验室大同037036

在D6114柴油机原机模型校核的基础上,建立两级可调增压系统仿真计算模型。通过对压气机图谱的高原修正和高压级涡轮旁通阀门的控制,进行两级可调增压系统的变海拔适应性计算研究。研究结果表明:柴油机通过采用两级可调增压系统可以实现... 详细信息

在D6114柴油机原机模型校核的基础上,建立两级可调增压系统仿真计算模型。通过对压气机图谱的高原修正和高压级涡轮旁通阀门的控制,进行两级可调增压系统的变海拔适应性计算研究。研究结果表明:柴油机通过采用两级可调增压系统可以实现海拔3000m和4500m的功率恢复目标;高压级涡轮旁通阀门需要采用不同的开度来适应不同海拔高度和不同转速工况,阀门开度的调节幅度会随着海拔的升高和转速的减小而越小;采用两级可调增压系统及相应的阀门控制策略可以固定最大扭矩和最低燃油消耗率所对应的转速。

关键词：内燃机柴油机两级可调增压系统变海拔适应性

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变海拔两级离心压气机特性试验研究

车用发动机 2020年第2期 42-48页

作者：张众杰刘瑞林杨春浩张君仪焦宇飞蔡骏夏南龙陆军军事交通学院天津300161 海军工程大学湖北武汉430033 南开区新闻中心天津300161 江苏凯迪航控系统股份有限公司江苏无锡214161

针对高原环境工作的两级增压器,对高、低压级离心压气机不同进口条件(低气压、低雷诺数)进行了理论分析。基于自主搭建的两级离心压气机变海拔特性试验台,对柴油机新匹配高、低压级压气机进行模拟0 m,2 500 m,5 500 m进气条件下的特性试... 详细信息

针对高原环境工作的两级增压器,对高、低压级离心压气机不同进口条件(低气压、低雷诺数)进行了理论分析。基于自主搭建的两级离心压气机变海拔特性试验台,对柴油机新匹配高、低压级压气机进行模拟0 m,2 500 m,5 500 m进气条件下的特性试验,采用实际质量流量比较了不同海拔下两级离心压气机的效率和流量特性。结果表明:随着海拔升高,进气环境压力和温度降低,雷诺数减小,压气机稳定工作流量范围缩小,且向小流量范围方向移动。与海拔0 m相比较,海拔5 500 m时低压级压气机质量流量减小25%~36%,效率降低1%~3.8%,压气机进口气体雷诺数降低51%。海拔5 500 m时高压级压气机质量流量减小26%~34%,效率降低1%~2.5%,压气机进口气体雷诺数降低35%。

关键词：变海拔雷诺数两级离心压气机特性试验

变海拔条件下柴油机冷却系统性能分析及控制策略研究

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变海拔条件下柴油机冷却系统性能分析及控制策略研究

作者：潘立挺浙江大学

学位级别：硕士

随着海拔高度的上升,空气密度减小,从而进入气缸氧气含量降低,喷入缸内的柴油因缺氧不能充分燃烧;同时冷侧由于大气密度的下降使得空气质量减小,导致从散热器可以传递的热量减少,且冷却水的沸点降低导致受热后容易沸腾。另一方面,海拔... 详细信息

随着海拔高度的上升,空气密度减小,从而进入气缸氧气含量降低,喷入缸内的柴油因缺氧不能充分燃烧;同时冷侧由于大气密度的下降使得空气质量减小,导致从散热器可以传递的热量减少,且冷却水的沸点降低导致受热后容易沸腾。另一方面,海拔变化对冷却系统的控制策略的鲁棒性提出了更高的要求,这些都对冷却系统的设计及控制造成了很大挑战。本文以某款柴油机冷却系统为研究对象,进行了高低温冷却系统的设计及仿真,并进行了外界条件对冷却系统的影响分析,并基于最小功耗原则建立不同外界环境下的最优水泵和风扇匹配MAP图,最后设计了一种变论域模糊控制器,该控制形式能有效解决不同海拔及变海拔工况下发动机冷却液出口温度的波动问题。本文主要研究内容和结论如下:1.将某款发动机冷却系统作为研究对象,设计开发了该冷却系统的高低温双回路冷却形式,通过GT-COOL软件建立了该款高低温双回路冷却系统的仿真模型并进行校核,同时完成了热平衡台架试验,得到了全工况下的冷却系统散热量。2.研究了外界环境如进风温度、进风流量、水泵流量、海拔高度对该冷却系统热平衡的影响情况与影响规律,并设计了3因子的正交试验,得到不同进风流量、冷却液流量、进风温度对发动机出口冷却液温度及散热器进出口温差的影响。3.基于最小功耗原则建立不同外界环境下的最优水泵和风扇MAP图,控制系统可利用最优MAP图实现不同工况下水泵和风扇转速的控制,同时研究了最优MAP在不同海拔、环境温度、车速下的影响,并对降功耗效果进行了验证。4.针对某款柴油机高低温冷却系统在高原地区较高较复杂的控制要求,设计了一种变论域模糊控制器,通过GT-COOL与SIMULINK的联合仿真,验证了该控制形式在不同海拔及变海拔工况下都能有效地控制发动机冷却液出口温度的波动,且具有良好的温度跟随性,同时配合最优匹配MAP能实现较低的功耗。

关键词：变海拔热平衡变论域冷却系统控制

变海拔条件下某柴油机缸盖热状态的变化规律研究

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变海拔条件下某柴油机缸盖热状态的变化规律研究

作者：甘庆良浙江大学

学位级别：硕士

某设备搭载的重型柴油机在高原工作时,出现诸如活塞烧蚀、缸盖火力面有麻点,进而导致拉缸等一系列故障,严重影响该设备在高原地区的工作性能,为探明其损伤原因,解决这一故障,以便该设备可以在高原地区正常运行。本文通过搭建单缸机的试... 详细信息

某设备搭载的重型柴油机在高原工作时,出现诸如活塞烧蚀、缸盖火力面有麻点,进而导致拉缸等一系列故障,严重影响该设备在高原地区的工作性能,为探明其损伤原因,解决这一故障,以便该设备可以在高原地区正常运行。本文通过搭建单缸机的试验平台,借助于可以模拟不同海拔下进气压力的高原模拟系统,设定柴油机几个主要转速工况,在不同进气压力条件下,采集缸盖、缸套等受热件的温度场及相应工况下的缸内压力,研究海拔高度对柴油机损伤的主要影响。本文通过搭建单缸机试验台架,设定标定工况点2200r/min,最大扭矩点1500r/min,中间转速1900r/min以及低转速1200r/min四个工况,利用高原模拟系统,设定0米、1000米、2000米、3000米、3700米和4500米这6个海拔,对单缸机缸盖、缸套受热件进行温度采集,计算出每个转速下,不同的海拔高度,受热件测点的热流密度,并同步记录每个工况下的缸内压力,并利用经验模态分解,分离出缸压的高低频成分,计算其不同频率成分随海拔的变化关系。经过分析论证,本文得到的结论如下:1.缸盖缸套等受热件测点温度,随海拔上升在不断上升,热流密度也在不断增大,其中,鼻梁区温度最高,热流密度最大,最大值超过了 500kW/m2,当海拔由平原地区上升到4500米时,热流密度增大超过25%;2.对损伤部分金相检测,根据缸盖等损伤形式猜想其损伤原因。检测结果获得损伤部分的元素及化合物组成,表明缸盖火力面损伤部分的损伤原因并非是熔融现象导致缸盖出现麻点,进而做出进一步的研究;3.对缸内压力进行分解,将压力信号的高频和低频成分分离,并通过求出不同频率成分的功率谱密度,得到不同频率信号的能量随海拔变化的变化趋势及幅度。结果表明,缸压的低频成分的能量随海拔升高而降低,高频成分的能量在海拔3000米以前,变化并不明显,而当海拔超过3000米后,海拔上升反而降低。因此,可以认为海拔3000米是缸压信号变化的一个拐点,也是发动机高原工作异常的海拔变化区域。

关键词：高原变海拔热流密度缸压压力波动

变海拔条件下的车用柴油机进气压力控制策略研究

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变海拔条件下的车用柴油机进气压力控制策略研究

作者：于淼重庆理工大学

学位级别：硕士

我国地域辽阔,高原、山地占全国总面积约60%,而工作在变海拔条件下的柴油机面临着一个共同的问题,即由于高原海拔高、大气压力低、空气密度低、氧含量低,使得柴油机进气压力下降,进入气缸内的空气质量减少,最终导致柴油机性能恶化。柴... 详细信息

我国地域辽阔,高原、山地占全国总面积约60%,而工作在变海拔条件下的柴油机面临着一个共同的问题,即由于高原海拔高、大气压力低、空气密度低、氧含量低,使得柴油机进气压力下降,进入气缸内的空气质量减少,最终导致柴油机性能恶化。柴油机采用涡轮增压技术能够提高进气压力、进入气缸内的空气质量,进而改善柴油机性能。为了解决变海拔气候环境特点对493柴油机性能的影响,本文以柴油机增压为核心,做了以下主要研究工作:(1)分析变海拔气候环境特点及其对柴油机工作的影响。(2)研究柴油机工作过程及性能模拟计算理论。(3)分别建立493自然吸气与增压中冷柴油机仿真模型,模拟计算变海拔气候环境特点分别对493自然吸气与增压中冷柴油机进气压力的影响。(4)为493柴油机选配了高、低压级增压器,建立了493二级涡轮可变增压柴油机仿真模型,通过仿真研究,在变海拔条件下得到各转速下的最佳废气旁通阀流通系数的三维曲面模型和进气压力控制策略。(5)仿真研究表明了变海拔条件下基于二级涡轮可变增压系统的车用柴油机进气压力控制策略的可行性和有效性。

关键词：车用柴油机二级涡轮可变增压系统变海拔模拟计算

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汽油车变海拔动力恢复的增压系统匹配研究

重庆理工大学学报（自然科学） 2018年第12期32卷 38-45页

作者：张璐璐马其华张东剑闫业翠上海工程技术大学汽车工程学院上海201620

运用仿真方法研究汽油发动机汽车(简称汽油车)受海拔的影响,并选配增压系统对其实现动力恢复,可为乘用车的高原适用性提供依据。基于GT-Suite仿真平台建立汽油车动力性评价模型,在变海拔工况下分析其动力性的变化规律。针对不同海拔下... 详细信息

运用仿真方法研究汽油发动机汽车(简称汽油车)受海拔的影响,并选配增压系统对其实现动力恢复,可为乘用车的高原适用性提供依据。基于GT-Suite仿真平台建立汽油车动力性评价模型,在变海拔工况下分析其动力性的变化规律。针对不同海拔下动力损失特征,对所选配的增压系统采用不同控制策略实现恢复作用。结果表明:海拔条件对汽油车加速性能影响最为显著,3 000 m以上地区的原地起步百公里加速时间增加49. 6%以上;选配增压系统后,通过对废气旁通阀开度的标定,实现变海拔条件下进气控制策略,满足了海拔4 000 m内汽油车动力基本不变的目标,为汽油车高原动力恢复提供参考。

关键词：汽油车变海拔 GT-Suite 动力性恢复增压系统