蝶阀在可调二级增压柴油机中的调节特性计算研究

    0 概述
    可调二级增压系统是近年来提出的一种新的柴油机增压系统。该系统具有高低两级涡轮增压器，通过调节排气能量在两级涡轮中的分配实现了增压系统的可调节，解决了高平均有效压力涡轮增压柴油机与高低工况无法兼顾的矛盾。
    增压系统的可调是通过调节与高压级涡轮并联的旁通阀门来实现的，合理的旁通阀门调节规律可以实现柴油机的全工况优化运行，也是可调二级增压系统设计的重点。通过台架试验确定旁通阀的调节规律在时间上和成本上耗费巨大，因此基本上在系统定型阶段才应用试验方法。仿真计算方法能够揭示柴油机与增压系统之间的耦合关系，具有耗时少、成本低的特点，在柴油机工程的选型匹配阶段和方案初定阶段得到大量应用。另一方面，由于可调二级增压计算模型的关键是调节阀的数字化建模，应用现有商业软件（如GT-POWER等）只能在模块库中寻找与调节阀相近的模块使用，精度上和自由度上均有所欠缺，所以本文在Matlab/Simulink环境下建立了基于平均参数法的可调二级增压柴油机模型，包括柴油机本体模型、涡轮增压器模型和调节阀模型。应用该平均参数模型，可以对可调二级增压系统的性能做出预测，并对不同的旁通阀控制策略进行比较和评价。
    1 柴油机可调二级增压系统
    图1为可调二级增压系统示意图。通过在二级增压系统中高压级较小的涡轮旁并联一个旁通调节阀实现了对增压系统的可调控制。低速时旁通阀关闭，排气首先通过当量面积较小的高压级涡轮快速建立起增压压力，实现了低速大转矩；同时，高压级涡轮较小的转动惯量也使得柴油机加速性能较好。排气通过高压级后继续在低压级膨胀，低压级压气机对进气进行预压缩提高了总增压比。随着转速升高，旁通阀逐渐打开，一部分排气不通过高压级涡轮而直接在低压级涡轮中膨胀，相当于提高了排气端的总涡轮当量面积，降低了排气背压，改善了柴油机的经济性。高增压比也提供了高功率密度和高EGR率的可能性。