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高空车出租, 江门高空车出租, 肇庆高空车出租    非对称双流道涡轮机基于排气脉冲能量分布进行匹配的必要性 ?

作者:admin 发布::2022-06-30

 

          高空车出租, 江门高空车出租,  肇庆高空车出租     非对称双流道涡轮机基于排气脉冲能量分布进行匹配的必要性 ?   在讨论基于排气脉冲能量权重点的非对称双流道涡轮机匹配方法之前,首先需要了解涡轮增压器对发动机燃油经济性的影响。然后根据对涡轮平均效率以及涡轮循环平均效率的分析测试,说明基于脉冲能量分布进行涡轮机匹配的必要性。 

          1 涡轮机对发动机性能的影响   涡轮机的最终目标是最大限度地利用发动机排气中的高温高压能量。从而在满足排放、发动机机械限制等系统要求的条件下,使发动机实现最佳的燃油经济性。发动机制动热效率是发动机闭环、开环和机械效率的函数。从发动机空气处理的角度看,涡轮增压器对闭环效率和开环效率都有影响。 从发动机闭环效率的角度看,涡轮增压器的作用是给气缸提供一定的空气量。从而让空气和燃料在气缸中进行混合燃烧。而从发动机开环效率方面分析,它由进气和排气冲程时的缸内气体压力决定。进气和排气歧管内的压力对其有很大的影响。基于测试数据,可将发动机开环效率和发动机ΔP关联。发动机ΔP是发动机进气歧管和和排气歧管之间的压力差。这可以从发动机的进排气压力测试直接获得,具体如公式(𝑃=𝑃𝑀𝑃𝐼𝑀𝑃3−𝑃2 其中𝑃𝑀𝑃𝐸𝑀分别为进排气歧管的压力,P2P3分别为增压压力和涡前压力。说明了涡轮增压器对发动机燃油经济性的影响,其中PMEP是发动机泵气损失。  发动机ΔP、发动机开环效率和发动机制动热效率是涡轮效率的函数。显然,提高涡轮效率η,可以有效提高𝑃2以及降低𝑃。所以改善涡轮机效率可以改善发动机泵气损失和发动机的开环效率。 

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            2 涡轮平均效率和涡轮循环平均效率偏差:  对于涡轮机在发动机运行工况上的运行效率,传统的方法是根据发动机稳态测试数据进行计算得到: 为基于低频时间平均的涡轮理想等熵功率。由于各参数都是采用低频测试方法进行时间平均得到的,所以根据公式(6-5)获得的涡轮效率称为涡轮平均效率。值得注意的是,如果在发动机上测量的涡轮进口压力是由远处安装的传感器测量的,可能会有误差,所以传感器应该尽可能靠近涡轮进口位置。也可用于涡轮性能实验台测试场景的涡轮效率计算。因为在测试台架上,涡轮在稳定流动条件下运行。但如果涡轮在高频脉冲排气流下工作,则基于时间平均的涡轮理想等熵功率,即式(6-5)中的分母部分,就不再有效。实际涡轮理想等熵功率𝑊̇根据准稳态假设,可以将涡轮理想等熵功率近似为很小时间间隔的平均涡轮理想功率对时间的积分。涡轮理想等熵功率可近似为发动机曲轴转角720°周期循环平均的涡轮等熵功率,称为涡轮循环等熵功率,表征了涡轮平均效率偏离涡轮循环平均效率的程度,所以称为涡轮效率偏离指数。当该值偏离1越远,说明采用涡轮平均效率作为涡轮实际运行效率的准确度越低。从2.5L国六EGR非对称双流道涡轮增压发动机外特性工况所对应的φ值变化。 可知,所有工况的涡轮效率偏离指数都大于1

             这可以从两个方面进行解释: 1 从理论分析角度,由于排气脉冲峰值有效地降低了在排气阀开启时期内的排气压力梯度,减少了因排气阀阻塞造成的流动冲击损失,此时的脉冲排气流比稳定压力、温度和质量流量下包含有更多的可用能量。 2 从数值分析角度,基于数值积分的循环平均涡轮理想等熵功率显然大于基于时间平均的等熵涡轮功率。这和Zhang[148]H. Chen[149]的研究结论相同。 其次,随着发动机转速的降低,效率偏离指数越大。这同排气压力脉冲强度随发动机转速的变化规律一致。因此,一定程度上说明脉冲强度越强,涡轮平均效率偏离涡轮循环平均效率越远。在发动机中低速区域(>1300 r/min)由于排气脉冲强度较大,涡轮效率偏离指数明显较大。800 r/min工况的φ达到了最大值1.12左右。因此,计算得到的涡轮平均效率明显要比涡轮循环平均效率偏大。采用稳态测试的数据进行相关非对称双流道涡轮机的匹配显然会产生一定的误差。尤其在中低速发动机运行区域,考虑脉冲波动的能量分布匹配方法很有必要。而在高速区域,效率偏离指数比较接近1。这表明涡轮平均效率同涡轮循环平均效率很接近。因此,在发动机高速运行区域,基于低频时间平均的测试数值进行匹配计算可行。同时,从排气脉冲等熵功率的分析可知,排气脉冲能量并非均匀的分布于720°曲轴转角,大多数排气能量分布于压力脉冲峰值附近。当脉冲强度不强时,压力脉冲峰值附近的能量占比将会有所降低(虽然脉冲中低压力区域的能量密度低,但运行时间占大多数),因此,基于时间平均的脉冲能量计算同循环平均能量计算的结果接近。反之,两者偏差较大。 

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