文丨聆听娱纪
编辑丨聆听娱纪
介绍
如今涡轮增压在减少环境影响和道路车辆能源需求方面发挥着重要作用，尤其是与小型化概念和其他技术相结合。
直接燃油喷射、中冷、完全灵活的进气门控制可以大大提高汽车发动机的燃油经济性。
我们提出了一种实验和数值相结合的方法，以参考微稀薄燃烧过程来个性化汽油直喷（GDI）涡轮增压发动机的最优控制策略。
采用介于压缩机出口和进气歧管之间的中冷器是增加功率的最重要和最简单的方法，尤其是在小型发动机的情况下，完全灵活的气门驱动系统可以减少排放，提高柴油发动机和火花点火式发动机的燃油经济性。
这是将可变气门驱动系统，用于涡轮增压小型火花点火式发动机的优点。
通过晚进气门关闭或早进气门关闭米勒循环在高负荷下缓解爆震的应用进行了实验研究，突出了燃料转化效率的提高。
就涡轮增压技术而言，至少在稳定流量条件下，实验涡轮增压器性能的可用性是优化涡轮增压器发动机匹配计算的基本要求。
通常可用的涡轮机和压缩机图是在稳定流量条件下以及在压缩机和涡轮机的不同操作温度下测量的，无论是否有水冷回路。
这一方面强烈影响从热涡轮机侧朝向润滑油和压缩机（通过中间壳体）的热通量。因此，试验过程中采用的工作温度对涡轮增压器实验图的影响很大，主要是在效率方面。
一些作者在冷热实验条件下分析了这一方面，在发动机试验台[的理论和实验研究中探讨了这一问题。
显示了非绝热条件下热传递对涡轮增压柴油发动机影响的实验评估，并通过块电容提出了一维热传递模型。
使用集总电容模型对涡轮增压器传热损失进行建模结合一维发动机仿真软件，重点研究涡轮增压器出口温度的影响并预测发动机性能。
本文从一项初步研究开始，该研究基于对开放文献中可用的传热校正图的三个模型的分析和修改，这些模型是为了便于实验数据库或输入数据要求而选择的。
Sirakov和Casey提出的模型需要单个压缩机映射作为输入数据，而没有与不同热边界条件相关的进一步实验信息。
Grigoriadis等人提出的模型假设压缩机和涡轮增压器其他部件之间的热交换主要由温差和压缩机质量流量驱动。
Walther等人提出的最后一个选定模型是基于这样的假设，即在恒定边界热条件的情况下，在较高的压缩机质量流量水平下，传热现象对压缩机效率的影响会降低。
本文从初步结果出发，提出了由意大利热那亚大学和法国CRITT M2A测试中心联合开发的模型，并对其进行了批判性分析。
该模型的目的是校正涡轮增压器压缩机的稳定流量图，消除传热效应，为了验证这种方法，对安装在热那亚大学（UNIGE）和CRITT M2A测试台上的典型最先进的汽车涡轮增压器压缩机进行了广泛的实验研究。
实验研究的重点是在不同的涡轮机入口温度、机油和冷却剂温度水平以及压缩机入口压力下测量的压缩机稳定流动性能图的定义。
还测量了准绝热图，作为验证校正模型结果的参考。最后一个是保持平均油温等于压缩机出口温度和涡轮机入口温度，以最大限度地减少部件之间的热通量。
通过采用本文提出的校正模型，获得了令人满意的结果，校正图与准绝热曲线拟合良好。
该程序不需要大量异常信息，不会对自动化实验序列产生强烈影响，甚至需要更多的研究时间。所提出的校正模型可以代表压缩机映射的预处理工具，从而改进发动机-涡轮增压器的匹配计算。
值得注意的是，校正后的压缩机图允许估计更可靠的涡轮机热机械效率，通常基于压缩机功率吸收进行评估。
实验装置和测试方法
为了强调不同边界条件对传热现象的影响，热那亚大学和CRITT M2A开展了一项广泛的实验活动，报告了试验台和测量系统的描述，最后总结了实验程序。
热那亚大学的测试设施是一种压缩空气设备，可在稳定和非稳定流动条件下对进气和排气汽车部件进行研究。
对处于稳态和非稳态的废气门式涡轮增压器涡轮机进行了实验研究，重点介绍了通过废气门阀和涡轮机叶轮的质量流量贡献的实验评估。
报告了非定常流动条件下涡轮机性能的评估（根据质量流量系数和效率）。
干式清洁空气由三台螺杆压缩机输送，在8巴的最大压力下，可提供0.6 kg/s的总质量流量，电动空气加热站允许在涡轮机温度高达750 C的情况下进行“冷”和“热”实验研究。
通过独立控制涡轮机和压缩机回路的上游压力，可以在较大范围内测量涡轮增压器性能。
在压缩机侧进行调查的情况下，性能图的测量从阻流区开始到喘振线，通过电动节流阀（图1）改变外部电路特性曲线，并正确控制涡轮机的功输出。
为了检测喘振现象，通常使用快速傅立叶变换分析来监测压缩机出口处的瞬时压力信号。使用LabVIEW®环境中开发的交互式程序，通过PC控制的数据采集系统进行测量。
为了以良好的精度评估压缩机效率，使用了三个不同的压力壁分接头和三个温度探头（周向位于120）。
静压通过应变仪和压阻式传感器进行测量，其精度为满量程的±0.15%。用于监测喘振现象的高频响应压力传感器安装在压缩机下游的壁附近。
通过铂电阻温度计（Pt 100欧姆，精度为测量值的±0.15 Cþ0.2%）或K型热电偶（精度为±1.5 C）测量空气温度水平。
涡轮增压器转速由安装在压缩机叶轮附近的感应探针测量，从而可以检测转子转速，精度为满刻度的±0.009%。
压缩机质量流量通过热式质量流量计测量，精度为测量值的±0.9%和满量程的±0.05%，在低温水平下进行的测量得到热成像的支持，以监测涡轮增压器的外表面温度。
涡轮增压器表面涂有实验评估剂
CRITT M2A的测试中心配备了五个不同的单元，它们具有相同的架构，可扩展为三种不同的尺寸。
该试验台的特点是为压缩机和涡轮机提供两条独立的供应线。涡轮增压器涡轮在规定温度下供应压缩空气，而压缩机增压压力由适当的背压调节系统控制。
在用于本研究的台架中，流速测量值可变化至0.25 kg/s，入口压力可调节至6 bar。通过使用200kW的天然气燃烧器，可以将涡轮机热气温度从150摄氏度调节到1200摄氏度。
润滑回路用于确保轴承的正确操作。三个铂电阻温度计（Pt 100 Ohm）插入压缩机入口和出口的测量站。涡轮机接口处使用了三个K型热电偶。
压阻式压力传感器被放置在稳定环的接口处，该稳定环在流动壁上对三个测压口进行物理平均，测量空气湿度和试验室空气条件。
涡轮增压器转速由m-ε感应传感器获取，还使用了三个红外传感器来获取压缩机壳体、中央旋转壳体和涡轮壳体的表面温度。
传热校正
采用上述模型是为了校正实验测量的压缩机映射。在本节中，报告了所考虑的每种操作条件的实验、校正和准绝热映射之间的比较（表1）。
根据可用性，可以使用不同的温度输入值来采用校正模型。因此，根据可用的实验信息，考虑到流体温度或外表面温度的信息，可以选择两个近似度
根据第一种方法，如果在有水冷却或没有水冷却的情况下进行测量，也可以采用不同的方法。
如果水冷未激活，则模型中使用的术语DT是指润滑油温度Toil_mean的平均水平与压缩机出口段（TT2）之间的温差。
在图9中，显示了不同压缩机入口总压力水平的非绝热、准绝热和校正映射之间的比较，准绝热曲线与所提出的模型校正的曲线之间有很好的一致性。
随着压缩机总入口压力的增加，与准绝热条件的偏差最小化，这是由于在压缩机质量流量的最高水平下传热效应的相关降低。
如果水冷却回路TWC的温度测量可用，则必须放置该信息而不是Toil_mean，以便在映射校正方面获得更好的结果。
在图中10显示了非绝热、准绝热和校正图之间的比较，突出了TWC和Toil_mean作为校正模型中要考虑的温度水平的影响。
如果在模型中实现的术语DT被称为Toil_mean，那么很明显，校正图不是完全紧密拟合准绝热曲线。在水冷却回路的40和60摄氏度下测量的校正曲线之间可以观察到轻微的差异。
如本文报道的结果所示，通过采用上述校正模型获得了令人满意的结果。值得注意的是，数据处理的容易性和模型所需的减少输入数量的需求。
所提出的校正模型可以代表一个重要的工具来预处理通常可用的压缩机映射，从而改进发动机-涡轮增压器匹配计算。
通过采用上述校正模型获得了令人满意的结果。值得注意的是，数据处理的容易性和模型所需的减少输入数量的需求。
所提出的校正模型可以代表一个重要的工具来预处理通常可用的压缩机映射，从而改进发动机-涡轮增压器匹配计算。
结论
这里介绍的研究始于热那亚大学理工学院和CRITT M2A研究中心之间的合作。本文提出了一个原始的模型，用于校正压缩机稳态流动图中的传热现象。
还对小型汽车涡轮增压器进行了实验验证。在热那亚大学和CRITT M2A的两个不同涡轮增压器试验台上进行了研究，以突出不同工作温度对传热现象的影响。
特别是考虑了不同的涡轮机入口截面、水冷和润滑油温度，以指出热侧通过轴承室到压缩机侧的热通量的影响。
测量了一个准绝热映射作为参考条件，验证了本文提出的校正模型。
修正曲线和准绝热曲线之间达成了令人满意的一致性，从而在用于发动机涡轮增压器匹配计算的商业模拟代码中实施之前改进了压缩机映射的定义。
值得注意的是，这一结果也对涡轮机热机械效率评估产生了影响，该评估通常基于压缩机功率吸收测量进行定义。
可以得出以下主要结论：
实验结果表明，该模型能够准确地评估压缩机的绝热性能：
该模型可以应用于通常可用的实验效率图（由涡轮增压器制造商提供或直接测量），不需要标准的实验测试。
所提出的修正模型，可以作为一个重要的工具，来预处理普遍可用的压缩机映射， 从而改进发动机-涡轮增压器的匹配计算。