不同位置补气对增压发动机动力性能的影响.pdf
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1、五邑大学学报(自然科学版)JOURNAL OF WUYI UNIVERSITY (Natural Science Edition)第 37 卷 第 3 期 2023 年 8 月 Vol.37 No.3 Aug.2023 文章编号:1006-7302(2023)03-0066-07 不同位置补气对增压发动机动力性能的影响 叶坦(淮北职业技术学院 机电工程系,安徽 淮北 235000)摘要:涡轮增压器小型化是车载发动机技术发展趋势之一,但小型化会导致转矩损失等诸多问题.为了提高进气量弥补损失,本文基于一台量产涡轮增压汽油机,分别在小负荷(20%节气门开度)、中等负荷(40%节气门开度)和全负荷(1
2、00%节气门开度)3 种工况下,在不同位置(压气机后和进气歧管内)进行补气试验,研究不同位置补气对发动机性能的影响.试验结果表明,全负荷1600 r/min下压气机后补气0.206 MPa,输出扭矩最大增加10.5 N m,增加幅度为 6.42%;但全负荷1200 r/min下补气0.145 MPa,扭矩仅仅上升0.2 N m,燃油消耗率却增加17.7 g/(kW h);小负荷2000 r/min下进气歧管补气0.25 MPa,输出扭矩最大增加30 N m,增加幅度为 29.24%,但全负荷1400 r/min下补气0.18 MPa,转矩仅仅增加2 N m,燃油消耗率却增加27 g/(kW h
3、).可见,不论在压气机后还是进气歧管内进行补气均可有效增加发动机的扭矩,但会恶化发动机的爆震强度,并导致发动机外特性工况燃油消耗率的增加.关键词:补气技术;增压发动机;小型化;爆震 中图分类号:TK417 文献标志码:A The Influence of Air Replenishment at Different Positions on the Power Performance of Supercharged Engines YE Tan(Department of Mechanical and Electrical Engineering,Huaibei Vocational and
4、Technical College,Huaibei 235000,China)Abstract:Abstract:The downsizing of the turbocharger is one of the development trends of on-board engine technology,but the downsizing leads to many problems such as torque loss.In order to improve the intake volume and make up for the loss,based on a mass-prod
5、uced turbocharged gasoline engine,air replenishment tests were carried out at different positions(behind the compressor and on the intake manifold)to study the influence of air replenishment techniques at different positions on engine performance,respectively under three working conditions:20%thrott
6、le opening at a small load,40%throttle opening at a medium load and 100%throttle opening at full load.The test results and analysis show that:At full load,the output torque of the 1600 r/min0.206 MPa compressor after filling air increased by 10.5 N m,and the increase was 6.42%.However,under the full
7、 load of 1200 r/min aeration 0.145 MPa,the torque only increased by 0.2 N m,but the fuel consumption increased by 17.7 g/(kW h);Under small load,air replenishment at 2000 r/min is 0.25 MPa,and the maximum 收稿日期:2022-11-17 基金项目:2021 年安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2021A1375);2020 年安徽省教育厅质量工程项目(2020jxtd236);2021 安
8、徽省职业与成人教育学会重点研究项目(Azcj2021050);2021年淮北职业技术学院教研重点项目液压与气动技术课程教学改革研究(2021jyxm-01).作者简介:叶坦(1981),男,安徽宿州人,副教授,硕士,研究方向为汽车动力学.第 37 卷 第 3 期 67 叶坦:不同位置补气对增压发动机动力性能的影响 output torque of air replenishment at intake manifold is increased by 30 N m,with an increase of 29.24%.However,under full load of 1400 r/min,
9、air replenishment at 0.18 MPa,torque is only increased by 2 N m,and fuel consumption is increased by 27 g/(kW h).In short,either behind the compressor or inside the intake manifold can effectively increase the torque of the engine,but it will worsen the knock strength of the engine and lead to incre
10、ased fuel consumption under the external characteristic of the engine.Key words:Key words:Air-refilling technology;Supercharged engines;Downsizing;Knocking 涡轮增压技术通过提高进气量,能有效提高发动机的升功率和扭矩,不仅可以减轻发动机质量,还具有很好的节油效果.然而,增压小型化也会导致低速扭矩的损失,增压强度的提高,会使增压器的响应滞后并带来加速迟滞问题.加速时由于增压器的惯性作用,压气机转速无法迅速提升,造成进气压力低,进气量少,发动机功
11、率提升过程慢,加速性能较差1.同时,低速时发动机的废气能量较低,压气机转速也无法快速提升,造成发动机低速扭矩较低.为改善增压发动机的响应特性,常规的解决方案有:机械增压、电子增压、电辅助涡轮增压、可变截面涡轮增压、ISG(轻混)、补气技术等2.不同增压方式或增压位置会对压气机有不同增压效果,进而对发动机性能有不同效果.为了从试验角度研究补气技术对增压发动机性能影响,本文建立了压缩空气补气系统试验台架,分别进行 20%节气门开度、40%节气门开度和 100%节气门开度3 种工况下不同位置(压气机后和进气歧管内)补气的试验,研究不同位置补气对增压发动机的动力性能影响.1 实验样机选择及实验方法 试
12、验选择某量产的单缸 4 气门、双顶置凸轮轴、可变气门正时、1.5 L排量、压缩比为 10.2、使用 92 号燃油的涡轮增压进气中冷发动机作为研究样机.补气试验系统构成如图 1 所示,本实验主要研究压气机后和进气歧管进行补气后对发动机动力性能的影响,具体位置如图 2 所示.实验设备如表 1 所示.以下补气位置试验主要关注动力性和经济性两个重要指标.表 1 实验设备清单 序号 型号 设备名称 1 GW320 电涡流测功机 2 AVL 202/12 Sx 电力测功机 减压阀 压力表 CNG 气瓶 过滤器 充气阀 瓶口阀 发动机 燃气 导轨 图 1 实验系统组成 图 2 补气位置 压气机后补气 进气歧
13、管内补气 压气机 补气 压气机 涡轮前补气 气缸内补气 五邑大学学报(自然科学版)2023 年 68 续上表 序号 型号 设备名称 3 AVL Indicom621 燃烧分析仪 4 Lambda CAN5220 空燃比分析仪 5 FC2210 6 AVL 油耗测试仪 7 GH15DK 缸压传感器 8 各种温度、压力传感器及通道 9 usb_6363 采集卡 2 压气机后补气对增压汽油机性能的影响 2.1 20%节气门开度压气机后补气试验 当补气压力为0.2 MPa时,转速为1 600 r/min以下转速点,压气机发生喘振,出现异常响声,所以没有试验数据.节气门开度为 20%时不同转速、不同补气
14、压力下扭矩、燃油消耗率变化如图 3 所示.由图 3-a 可知,补气后发动机转速和扭矩同时升高,且随着补气压力的升高而升高.补气压力为0.2 MPa、转速为1800 r/min 点扭矩比原机上升最多,扭矩上升6.5 N m,上升幅度 6.09%.补气压力0.15 MPa、2 000 r/min 工况点扭矩比原机上升最少,上升3.07 N m,上升幅度 2.96%.另外,从图中可知,随着转速增加,不同补气压力下对发动机转矩影响呈减小趋势,这主要是由于发动机转速增加,进气量增加所致.由图 3-b 可知,补气后燃油消耗率随着转速升高而下降;但补气压力0.15 MPa,2 000 r/min 工况点的燃
15、油消耗率明显比原机要高,主要是补气使发动机爆震强度增加,为了抑制爆震发生,发动机点火角推后,从而恶化了发动机燃油消耗率.2.2 40%节气门开度压气机后补气实验 当补气压力为0.2 MPa、转速为1 600 r/min以下转速点,及补气压力为0.25 MPa、转速为1800 r/min 以下转速点时,压气机发生喘振,出现异常响声,所以没有试验数据.节气门开度为 40%时不同转速、不同补气压力下扭矩、燃油消耗率变化如图 4 所示.由图 4-a 可知,补气后发动机转速和扭矩同时升高,且随着补气压力的升高而升高.补气压力为0.25 MPa、转速为2 000 r/min点扭矩比原机上升最多,为9.0
16、N m,上升幅度 6.36%.另外,在中等负荷下,随着转速增加,不同补气压力对发动机转矩影响变化更小,这主要是由于节气门开度增a.扭矩 b.燃油消耗率 图 3 节气门开度为 20%时扭矩、燃油消耗率变化 扭矩/(Nm)900 1 100 1 300 1 500 1 700 1 900 2 100 转速/(r/min)120.0 110.0 100.0 90.0 原机 1.5bar 2.0bar 燃油消耗率/(g/(kWh)900 1 100 1 300 1 500 1 700 1 900 2 100 转速/(r/min)320.0 300.0 280.0 260.0 原机 1.5bar 2.0
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