基于AVL-BOOST软件的某柴油机增压器匹配分析

周波，雷蕾，孙影，赵真真

(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601)

基于AVL-BOOST软件的某柴油机增压器匹配分析

周波，雷蕾，孙影，赵真真

(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601)

基于AVL-BOOST软件，搭建某柴油机热力学仿真模型，通过模型标定，分析结果与试验数据吻合良好，证明计算模型的准确性。在标定模型的基础上，根据目标性能，对4款增压器进行匹配分析，对比4款增压器的联合运行曲线，选择最优的增压器，为增压器的选型提供指导。

柴油机；模型标定；增压器匹配

0 引言

目前，绝大部分柴油机和相当比例的高性能汽油机都采用增压技术，其特点是增压后的功率可比原机提高40%～60%，发动机的燃油经济性和排放也有所改善[1]。为此，涡轮增压技术在发动机领域得到了广泛的应用。随着越来越严格的排放与节能法规的出台，涡轮增压技术也在不断地发展，有关涡轮增压方面的新技术和新方案不断涌现，这使得涡轮增压器的匹配在发动机性能开发中占据了越来越重要的地位。使用AVL-BOOST可以方便高效地进行涡轮增压器和发动机的匹配计算，进一步对涡轮增压器进行选型[2-4]。

基于AVL-BOOST分析软件，对某柴油机搭建热力学仿真模型，根据供应商提供的增压器MAP数据，结合目标性能，分析不同增压器的匹配状态，为增压器的设计选型提供指导和建议。

1 计算模型

1.1 模型搭建

根据发动机各零部件实际尺寸和性能特性搭建BOOST分析模型，如图1所示。根据性能目标，分析4款增压器(简称TC1、TC2、TC3、TC4)的匹配状态，便于进行增压器选型。

图1 BOOST计算模型

1.2 模型标定

校核模型采用TC1增压器，并根据对应试验数据进行模型标定，标定参数包括空气流量、功率、扭矩、比油耗、进排气温度和压力等，验证搭建模型的准确性和可靠性。模型标定结果如图2—9所示。

可以看出：分析所用模型中发动机空气流量、功率、扭矩、比油耗、进气压力损失、排气温度、压力等标定数据与试验数据能够较好地吻合，验证了模型搭建的准确性和可靠性，能进行下一步的匹配和数据分析。

图2 空气流量标定结果

图3 功率标定结果

图4 扭矩标定结果

图5 比油耗标定结果

图6 涡前温度标定结果

图7 涡后压力标定结果

图8 中冷后气体温度标定结果

图9 中冷器压力损失标定结果

2 增压器匹配分析

在以上标定模型基础上，为了进一步提升发动机低端动力性，增加3款增压器进行匹配分析，以保证动力性提升的同时增压器的匹配状态良好。

2.1 匹配性能结果分析

进行增压器匹配分析时，保证额定转速的进气损失、背压、排温一致，同时为了对比4款增压器下发动机性能的优劣，过量空气系数目标与目标性能对应的过量空气系数相同。4款增压器下发动机扭矩、功率、比油耗和增压器效率计算结果如图10—15所示。

图10 功率计算结果

图11 扭矩计算结果

图12 比油耗计算结果

图13 增压器总效率计算结果

图14 压气机效率计算结果

图15 涡轮机效率计算结果

图10、图11中TC1和TC2增压器对应的功率、扭矩满足目标性能，计算结果数值一致，因此TC1和TC2曲线重合。

从整机性能计算结果可以看出：在发挥增压器最大潜能的前提下，动力性匹配上TC1和TC2增压器均能满足目标性能的需要，而TC3和TC4增压器在高转速和低转速下均达不到目标要求，4个增压器中，TC4的匹配性能表现更差；从经济性匹配上可以看出，TC1和TC2增压器匹配使得整机比油耗相对较低，4个增压器中，TC2增压器的经济性表现更好。

从增压器效率计算结果可以看出：TC1和TC4增压器的总效率相对较低，TC3增压器的高转速区效率低于TC2增压器；从压气机和涡轮机效率计算结果可以看到，TC2增压器在全转速段的效率较其他增压器好，从而TC2增压器匹配的经济性相对较好。

因此，从性能计算结果得出，TC2增压器匹配结果满足目标动力性，同时经济性相对较好，在增压器匹配上表现更好。

2.2 增压器MAP匹配结果分析

从4个增压器的联合运行线(图16—19)可以看出：

TC1增压器在整机低转速区靠近喘振线，中高转速靠近最高效率区，高转速远离增压器的最大转速线和阻塞线；

TC2增压器在整机低转速区与喘振线有较大裕度，高转速远离阻塞线和最大转速线，中高转速穿过增压器的高效率区；

TC3和TC4增压器在整机低转速区与喘振线有较大裕度，中高转速穿过增压器的高效率区，但高转速靠近增压器最大转速线，对整车高原行驶不利。

因此，从4个增压器MAP匹配结果可以得出，TC2增压器的匹配效率较好。

图16 TC1联合运行线

图17 TC2联合运行线

图18 TC3联合运行线

图19 TC4联合运行线

3 结论

(1)基于AVL-BOOST软件，搭建了分析模型，并对模型进行标定，验证了分析模型的准确性。

(2)对比4个增压器的性能匹配，TC3和TC4增压器低速和高速区不满足目标性能，TC1和TC2增压器均能满足目标性能，但TC2增压器效率相对较高，经济性相对较好。

(3)分析增压器MAP的联合运行线，TC1增压器在发动机低速区表现较差，TC3和TC4增压器在发动机高速区存在超速风险，且对车辆高原行驶不利，TC2增压器在发动机全速上均表现较好。

综上所述，TC2增压器在4款增压器中匹配结果较好，建议选用TC2增压器。

[1]周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]颜平涛,王超,杨陈,等.基于AVL-BOOST软件汽油机增压器匹配研究[J].小型内燃机与摩托车,2013,42(3):10-15.

YAN P T,WANG C,YANG C,et al.A Study on Turbocharger Matching of a Gasoline Engine Based on AVL-BOOST[J].Small Internal Combustion Engine and Motorcycle,2013,42(3):10-15.

[3]高冬冬,王军.某柴油机增压器匹配计算[J].汽车零部件,2015(12):41-45.

GAO D D,WANG J.Turbocharger Matching and Calculation for a Diesel Engine[J].Automobile Parts,2015(12):41-45.

[4]梅芬,王军.某国Ⅴ柴油机增压器匹配计算[J].汽车制造业,2013(13):42-44.

TurbochargerMatchingandAnalysisforaDieselEngineBasedonAVL-BOOST

ZHOU Bo，LEI Lei，SUN Ying，ZHAO Zhenzhen

(Anhui Jianghuai Automobile Group Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

Base on AVL-BOOST software, the thermodynamics simulation model of a diesel engine was established. By calibrating this model, the calculated results had a good agreement with test data, which verified the accuracy of the calculated model. On the basis of the calculated model and the same target of performance, match analyses were done for four turbochargers. The union operation curves of the four turbochargers were compared, and the best match was chosen. This analysis has a good guidance for the selection of turbocharger.

Diesel engine；Model calibration；Turbocharger matching

2017-08-12

周波，男，硕士，专业方向为材料加工工程。E-mail:915zhoubo@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.009

U262.11

A

1674-1986(2017)12-038-04