两级增压涡轮几何参数对发动机性能的影响研究

基于涡轮通流模型,建立两级增压通流仿真平台,探讨了两级涡轮几何参数的改变对发动机性能的影响规律及原因,采用该平台对某车用两级增压柴油机进行仿真研究,并完成两级涡轮新的匹配设计。匹配结果表明,通过合理设计两级涡轮几何参数,可使该发动机低速扭矩提高7.4%,燃油消耗率降低6.9%。

周向槽宽度对涡轮增压器转子系统非线性动力学特性影响研究

浮环外表面周向槽宽度结构参数会影响外膜压力分布,进而对高速轻载涡轮增压器转子系统非线性振动特性产生显著影响。基于流体润滑机理和有限元理论,建立了包含轴系集总运动方程、浮环轴承瞬态温度模型、润滑油黏温方程以及轴承间隙热变形方程在内的涡轮增压器轴系热-流-固耦合的综合模型,并提出了一种有效的求解策略。通过与试验数据对比,验证了该综合模型的准确性和可靠性。以某柴油机用涡轮增压器转子系统为例,通过三维振动瀑布图研究不同周向槽宽度在低(50℃)、中(90℃)、高(130℃)3种入口油温下转子系统频域瞬态振动响应。结果表明:相对于全圆瓦浮环轴承支撑的转子系统,当周向槽宽度从2.4 mm增加至4.8 mm时,在不同入口油温下转子系统内膜涡动、振荡的转速区间逐渐缩小,振动幅值均大幅降低;但随着周向槽宽度和入口油温的增加,外膜承载力降低,转子系统呈现出刚性运动,即零频振动,并且零频振动幅值高于低频振动,成为主导频率。当周向槽宽度从2.4 mm增加至4.8 mm:入口油温为50℃时转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和83%;入口油温增加至90℃时,转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约38%、75%和82%;入口油温增加至130℃时,最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和79%。因此,对于不同的入口油温,周向槽浮环轴承可使转子系统的振动幅值大幅降低,有利于提高转子系统的稳定性,结论可为周向槽浮环轴承的参数设计提供理论参考。

涡轮增压器超高速轴承-转子动力学建模及模态参数识别

针对传统涡轮增压器超高速轴承-转子系统动力学建模精度不高、模态参数不易识别等问题,基于Timoshenko梁理论建立了涡轮增压器动力学模型及运动微分方程,利用锤击法试验对增压器不同激励位置、有无预紧力等工况下的模态参数进行了识别,并将理论与试验分析结果进行了对比验证。研究结果表明:激励涡轮增压器不同位置时,系统的激发模态不尽相同;预紧力对转子动力学分析结果具有重要影响,增加预紧力可显著提高转子刚度;建立的动力学模型和模态识别方法具有一定的准确性和适用性,可以为后续涡轮增压器结构优化设计、模态参数识别提供理论与试验基础。

增压器轴承和密封环温度试验研究

为找出影响涡轮增压器涡轮端轴承和密封环温度的关键因素,在涡轮增压器试验台架上对影响涡轮增压器涡轮端轴承和密封环温度因素进行了测试研究。研究结果表明:涡前温度是影响涡轮端轴承和密封环峰值温度的主要因素;在瞬态运行工况下,由于在轴承体内产生了热倒流现象而导致涡轮端轴承的温度变化趋势是先从稳态运行温度开始升高并达到峰值温度后又开始降低,而涡轮端密封环的温度则不受热倒流现象的影响,其变化趋势始终是从稳态运行温度开始慢慢降低。

内燃机涡轮增压多工况匹配研究

提出以车用循环工况总油耗最小为目标的内燃机涡轮增压多工况匹配方法,基于NEDC驾驶循环,采用该方法对某车用1.8 L涡轮增压汽油机进行了涡轮增压多工况匹配的仿真研究。结果表明,涡轮增压多工况匹配可使该发动机最大扭矩提高3%,NEDC驾驶循环平均有效燃油消耗率降低2%。

涡轮增压器浮环轴承静特性分析

以某型号涡轮增压器径向浮环轴承为研究对象,建立内外膜的控制方程及边界条件,通过有限元计算得到了两种工作温度下浮环平衡工作参数及内外膜的静特性参数随主轴转速和偏心率的变化关系。结果表明,浮环平衡参数几乎不受温度变化的影响,而内外膜静特性参数随润滑油黏度的改变而显著变化。

系统参数对浮环轴承转速比的动态影响

转速比即环速比和轴颈涡动比是涡轮增压器浮环轴承系统的功耗和稳定性研究的重要指标。基于经典短轴承理论,考虑浮环和轴颈的回转变位角速度,推导出内外层非线性动载油膜力的解析模型。考虑轴系的偏心质量引起的离心力,建立了涡轮增压器浮环轴承系统非线性动力学模型。仿真得到环速比和轴颈涡动比随转速的变化曲线,并分析研究了不同转速下偏心质量、润滑油粘度、浮环结构参数等对环速比和涡动比的动态影响机制,及转速比对系统参数敏感程度的变化规律。为浮环轴承的设计研发和涡轮增压器浮环轴承系统的性能评价提供了重要参考。

浮环轴承温度预测模型的仿真及试验验证

综合考虑温黏效应和热膨胀导致的半径间隙变化,结合动载作用下的非线性油膜力,考虑压力流和剪切流对摩擦力矩的共同影响,建立了更为精确的涡轮增压器浮环轴承系统温度预测模型。在涡轮增压器浮环轴承试验台上对回油温度进行实测,并对仿真结果进行对比分析。研究结果表明:仿真所得结果与试验所测结果有较好的吻合性,证明了温度预测模型的准确性;温度和转速变化关系接近线性,温升、黏度、环速比和轴承间隙等变化均在合理范围之内,浮环轴承工作状态良好。

圆柱滑动轴承油膜流态影像采集与分析

滑动轴承中油膜的流态与速度、间隙及油的粘度等因素有关,不同位置油膜的流态也非一样。为了解油膜从层流到紊流的变化情况,验证理论计算模型的准确性,利用相似原理搭建了的圆柱滑动轴承油膜全流态可视化试验台,通过试验观察并记录了圆柱滑动轴承中不同直径、速度、间隙及粘度油膜流态的变化情况,实现了油膜流态的影像采集,初步比对分析后总结了油膜层流、紊流及过渡区域油膜的变化趋势,为以后研究复杂结构轴承油膜流态奠定了基础。

考虑热效应的浮环轴承转速比计算

分析了利用已有浮环轴承转速比计算公式在全工况下计算结果不能满足要求的原因,指出由于已有公式中没有考虑到热效应的影响,导致在高速运转条件下得到的转速比与试验结果有较大的偏差。针对这个缺陷,以试验数据为基础,开展热效应影响下的浮环轴承转速比计算公式修正研究。研究结果表明:利用浮环轴承转速比修正计算公式可以在全工况范围内获得与试验结果比较吻合的转速比变化趋势。