摘 要

本文主要借助发动机系统仿真软件 GT-Power首先对传统单级增压发动机进行仿真模拟并对仿真结果进行了对比校准，在单级增压模型的基础上建立两级增压发动机模型，在现有的增压器模型库中选取大体符合匹配要求的型号，利用增压器MAP导入两级增压模型进行高低级增压器的匹配，并为几组匹配方案制定相关阀件的控制方案，在此基础上达到优化涡轮增压器的目的。此次研究将能够在一定程度优化涡轮增压器在与发动机匹配时的部分性能参数，为后续该方面的研究具有一定的指导意义。论文主要研究的内容有：

（1）分析了解涡轮增压器的基本结构、工作原理与性能指标。

（2）运用GT-Power仿真建模软件对单级涡轮增压发动机进行模拟分型，并完成模型的对比校准。

（3）研究柴油发动机涡轮增压器的匹配原理及要求，了解匹配优化流程，制定并完成增压器选取与优化分析方案，建模分析匹配结果并建立增压器中相应旁通控制策略。

关键词：两级涡轮增压；匹配优化；柴油机；GT-Power ；仿真建模

Abstract

In this paper, the main simulation software GT-Power is used to simulate the traditional single-stage supercharged engine, and the simulation results are calibrated. Based on the single-stage supercharger model, two-stage supercharged engine model is established. The turbocharger model library is used to select the model with the matching requirements, and the turbocharger MAP is used to introduce the two-stage supercharger model to match the high and low supercharger, and the control scheme of the relevant valve is developed for several sets of matching schemes. This is based on the purpose of optimizing the turbocharger. This study will be able to optimize the turbocharger in a certain degree of matching with the engine when the performance parameters for the follow-up research in this area has some guiding significance. The main contents of the thesis are:

(1) Analysis of the basic structure of the turbocharger, working principle and performance indicators.

(2) Using GT-Power simulation modeling software to simulate the single-stage turbocharged engine, and complete the model of the calibration.

(3) To study the matching principle and requirements of turbocharger of diesel engine, to understand the matching optimization process, to develop and complete the turbocharger selection and optimization analysis scheme, to model the matching results and to establish the corresponding bypass control strategy in the supercharger.

Key Words : Two – stage Turbocharging ; Matching Optimization ; Diesel Engine; GT – Power ; Simulation Modeling

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2涡轮增压器国内外发展概况和实际应用 1

1.3研究内容及目的 3

1.4本章小结 3

第二章 涡轮增压器工作原理 4

2.1涡轮增压器的基本结构 4

2.2涡轮增压器工作原理 4

2.3涡轮增压器的性能指标 5

第三章 单级涡轮增压柴油机仿真建模分析 7

3.1 发动机性能仿真软件介绍 7

3.2发动机基本参数 8

3.3单级涡轮增压模型的建立 8

3.4单级增压仿真模型的校准 10

3.5本章小结 12

第四章 二级涡轮增压的匹配优化分析 13

4.1两级增压系统匹配原理及要求 13

4.2二级涡轮增压优化目标与匹配优化方案 13

4.3 二级涡轮增压发动机的匹配优化 16

4.3.1低压级的预匹配 16

4.3.2高压级的预匹配 19

4.3.3 二级涡轮增压系统控制方案研究 21

4.3.4两级增压系统匹配优化分析 23

4.3.5增压器的性能评估 24

4.4本章小结 26

第五章 结论与展望 27

5.1结论 27

5.2展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

面对城市交通拥堵与环境污染的双重考验，人们正在努力的寻找更好的解决方式。汽车行业的快速发展，促使汽车保有量也逐年攀升。客车作为国内主要的大型交通工具，其在一定的程度上能够降低拥堵与污染的现状，因此客车的发展与研究将具有更大的意义与价值。然而对于汽车的发展中发动机的发展一直备受人们，其中涡轮增压技术更为突出。因为在目前的绝大部分大、中功率的柴油机以应用了此项技术 ^[1] 。

据了解，汽车技术的发展正朝着节能、提高燃油经济性和降低排放的方向发展。面对汽车发展的需求，增压技术因其可以在不改变发动机尺寸的基础下提高发动机的升功率和平均有效压力，在保持发动机动力性不受影响的前提下能够很大程度的解决燃油经济性和排放的部分问题^[2]。然而目前全球各国都面临着原油储藏量日益枯竭和汽车尾气排放标准的逐渐提高，发动机通过涡轮增压技术来达到节能减排等相关问题将更加具有实际意义^[3]。

由于普通单级增压存在的诸多问题和缺陷，人类的需求和环境的制约都使得发动机不得不朝着性能更高的方向发展，就目前的形势来看普通的单级增压技术已经无法满足，因而进一步研究并提升涡轮增压器的性能，从而带动发动机技术的快速发展显得更有意义。

1.2涡轮增压器国内外发展概况和实际应用

涡轮增压器最早出现是在国外，早在1885年戴母勒就提出了增压的概念，后来因波希成功在实验台架实现增压后在1905年申请并获得专利，增压技术最先是运用于航空和船舶领域的大功功率柴油机上，直到40年代才出现小型径流涡轮增压器，并开始用于汽车发动机，但当时由于技术的限制没能广泛的使用，但是后来在70年代浮动轴承的出现和汽油机增压的突破使得涡轮增压开始真正大量应用于汽车行业，后面也就是在80年代出现了可变几何截面的涡轮增压器，90年代末出现将两组增压器配合使用最终升级为可调二级增压系统。