[发明专利]双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法

说明书

本发明涉及一种双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，本方法应用于高原柴油机的双VGT二级可调增压系统，将双VGT二级可调增压系统转化为等效单级可调增压器，具体步骤为：首先，分别将高压级和低压级涡轮增压器及对应的旁通阀转化为等效高压级增压器和等效低压级增压器；然后，以进排气系统质量守恒和能量守恒公式，转化为等效二级增压器，分别得到了对应的等效涡轮流通面积和等效增压器效率。本方法根据海拔、柴油机转速和负荷的变化，确定双VGT二级可调增压系统高、低压级涡轮流通面积，进而确定HPVGT、LPVGT、HP‑valve和LP‑valve四个控制变量的开度变化范围，实现在0m～5500m海拔范围内，柴油机动力性和经济性的全工况恢复。

技术领域

本发明发动机技术领域，具体是一种双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法。

背景技术

我国是一个高原大国，拥有世界上面积最大的高原地域。青藏高原是世界上最具代表性的高原，平均海拔超过4000m，总面积达240万km2，约占国土面积的1/4。车辆在高原公路(如青藏线、川藏线和滇藏线等)行驶时，具有海拔高、落差大、坡陡、长坡多、工况复杂的特点，进气充量减少致使柴油机燃烧恶化，功率、燃油消耗率、热负荷等各项技术性能劣化明显。据统计，海拔每升高1000m柴油机动力性下降4.0％～13.0％、经济性下降2.7％～12.9％，涡前排温和缸盖温度升高7％～10％。二级可调增压系统具有高压比、宽流量的特点，能够提高柴油机高海拔下的增压压力。特别地，双VGT二级可调增压系统由高、低压级VGT串联组成，能够根据海拔和工况的变化，有效利用排气能量和进行排气能量的分配，实时控制增压压力和进气流量，提高不同海拔下柴油机的进气密度，确保缸内空燃比最佳，实现海拔5500m柴油机功率与0m海拔相比不降低的目标。如何根据柴油机海拔和工况的变化，实现双VGT二级可调增压系统与柴油机的变海拔匹配是目前需要解决的重点，因此，本专利申请提出了双VGT二级可调增压系统与柴油机的变海拔匹配方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，实现在变化海拔中柴油机动力性和经济性的全工况恢复。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种双VGT二级可调增压系统与柴油机变海拔匹配方法，本方法应用于高原柴油机的双VGT二级可调增压系统，其特征在于：将双VGT二级可调增压系统转化为等效单级可调增压器，具体步骤为：首先，分别将高压级和低压级涡轮增压器及对应的旁通阀转化为等效高压级增压器和等效低压级增压器；然后，以进排气系统质量守恒和能量守恒公式，转化为等效二级增压器，分别得到了对应的等效涡轮流通面积和等效增压器效率。

而且，等效增压器效率的计算方法为：

设ρ₅等于ρ′₅，那么：

Δh_(3-5)＝Δh_(3-4)+Δh_(4-5) (1)

等效二级涡轮流通面积A′_T为：

其中，μ_HT、μ_LT分别为高压级和低压级涡轮的流通系数；γ、δ分别为高压级涡轮和低压级涡轮的旁通率；π_LT为低压级涡轮的膨胀比；A_HT和A_LT分别为高、低压级涡轮几何流通面积，分别为：

其中，A_HV为高压级涡轮喷嘴环截面积；A_HR为高压级涡轮叶片出口截面积；ρ₄、ρ₅分别为高压级涡轮喷嘴环出口和涡轮叶片出口的燃气密度。