一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法

本发明涉及新能源内燃机，尤其涉及一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法。

背景技术：

1、应对日趋严重的环境污染及全球性气候变暖问题，各地区纷纷加快了排放法规的制定和执行速度。新的排放标准即将实施，留给各主机厂的开发时间较为紧张。要求测排放的同时测油耗和co2，内燃机作为新能源增程器的重要组成部分，其性能表现直接影响到新能源增程器的效率表现；

2、随着增压技术在增程器内燃机上的广泛应用，增压器与发动机的匹配精度成为决定整机动力性、经济性和排放水平的关键。然而，在实际开发中，现有技术缺乏系统、完整的内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法，无法实现增压器压气机、涡轮机等关键部件与发动机在全工况下的精准匹配与特性验证，导致增压器的压比、流量、效率等关键指标与发动机实际需求偏差较大，进而引发整机动力响应滞后、油耗偏高、排放恶化甚至增压器超速、喘振等问题；这些偏差不仅严重延误了项目开发周期和计划，也造成了不必要的资源浪费，因此，本发明提出一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法，构建了覆盖压气机特性与涡轮流通特性两大模块的完整评估体系，通过边界输入参数求得压气机侧的实际控制转速、总压比、效率、换算流量及单位质量功耗五项核心指标，同时求得涡轮侧的相似转速、相似流量及膨胀比三项关键参数，并最终耦合计算增压器整机总效率，该体系填补了现有技术中缺少系统性增压器特性评估方案的空白，首次实现了压气机与涡轮全维度的量化校核，使压比、流量、效率等关键指标的评价有据可依，有效避免了因评估手段缺失导致的整机动力响应滞后、油耗偏高、排放恶化等问题。

2、为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法，适配的内燃机中的增压器包括压气机端和涡轮机端，所述压气机端与涡轮机端通过增压器轴同轴连接；该方法按照以下逻辑依次执行：基础参数录入、压气机热力特性参数计算、涡轮流通特性参数计算、增压器整机总效率耦合计算、对标设计阈值完成性能评估；具体包括以下步骤：

3、s1：获取标准大气温度、标准大气压及摄氏温标与开尔文温标之间的换算常数；

4、s2：获取压气机端的实测运行参数，计算压气机特性的五项核心指标，包括实际控制转速、压气机总压比、压气机效率、压气机换算流量及压气机单位质量功耗；当五项指标均满足各自设计阈值时，判定压气机特性合格；

5、s3：获取涡轮机端的实测运行参数，计算涡轮流通特性参数，包括涡轮相似转速、涡轮相似流量及涡轮膨胀比；结合特性曲线进行评价，合格后将涡轮膨胀比传递至总效率计算；

6、s4：基于压气机端参数与涡轮机端参数，计算增压器总效率，并将其与目标效率阈值进行对比判定：当增压器总效率不小于目标值，则判定增压器与发动机匹配合理；当增压器总效率小于目标值，则进行整改直至达标。

7、进一步改进在于：所述s2中，五项核心指标的计算方法为：

8、s2.1、利用式(1)获得增压器特性试验的实际控制转速：

9、；

10、式(1)中，n为增压器的额定设计理论转速，为压气机入口总温，c为摄氏温标与开尔文温标之间换算常数，为标准大气温度；实际控制转速用于将试验数据与压气机通用特性曲线即map图进行对比，当偏离设计转速时，关注工作点是否进入喘振区或阻塞区；

11、s2.2、利用式(2)获得压气机的总压比rc：

12、；

13、式(2)中，p*c2为压气机出口处的总压，p*c1为压气机入口处的总压，p0为环境大气压力；总压比rc即压气机压比πc，作为后续效率与功耗计算的核心自变量；

14、s2.3、利用式(3)获得压气机的效率：

15、；

16、式(3)中，为压气机出口处的总温，k为绝热指数，πc为压气机的总压压比；πc决定了等熵压缩温升的理论值；

17、s2.4、利用式(4)获得压气机的换算流量：

18、；

19、式(4)中，为实际测量流量；换算流量独立于其他公式，但与式(1)的实际控制转速配对，用于在压气机map图上定位工作点，从而判断是否进入喘振区或阻塞区；

20、s2.5、利用式(5)获得压气机的单位质量功耗：

21、；

22、式(5)中，r为空气气体常数，为压气机的等熵效率，其与式(3)计算的压气机效率在物理意义上等价，即；单位质量功耗是压气机侧的关键输出，将被传递至s4中用于计算增压器总效率。

23、进一步改进在于：所述s2还包括评价步骤：上述五项指标即实际控制转速、总压比rc、效率、换算流量及单位质量功耗全部满足各自设计阈值时，才能判定压气机特性合格，方进入s3和s4进行涡轮及总效率评估；当任一项指标不满足阈值，则返回调整增压器选型或运行工况参数后重新计算。

24、进一步改进在于：所述s3中，涡轮流通特性参数的计算方法为：

25、s3.1、利用式(6)获得实测换算理论转速：

26、；

27、式(6)中，为实测的涡轮转速，tt为涡轮入口的温度；

28、s3.2、利用式(7)获得涡轮相似流量：

29、；

30、式(7)中，为实测或换算的涡轮质量流量，为涡轮入口的总温，为涡轮入口的总压；

31、s3.3、利用式(8)获得涡轮膨胀比rt：

32、；

33、式(8)中，pt1为涡轮入口处的总压，pt2为涡轮出口处的静压，p0为环境大气压力。

34、进一步改进在于：所述s3还包括基于特性曲线的评价步骤：利用式(6)、式(7)、式(8)的计算结果结合涡轮特性曲线即map图进行评价：当与设计值偏差大，则需修正转速测量或入口温度传感器；当涡轮相似流量与涡轮膨胀比rt的联合工作点偏离特性曲线，则判断涡轮流通能力下降或旁通阀动作异常；评价合格后，将涡轮膨胀比rt代入s4用于计算增压器总效率。

35、进一步改进在于：所述s4中，增压器总效率的计算公式为：

36、；

37、式(9)中，0.888为压气机机械效率经验系数，k1为压气机绝热指数，k2为涡轮绝热指数，πc为压气机总压压比，πt为涡轮总压膨胀比，为压气机入口总温，为涡轮入口总温，c为换算常数；分子表征压气机等熵压缩所需的理论温升，分母表征涡轮等熵膨胀可提供的理论温降，二者之比反映增压器整机的能量传递效率。

38、进一步改进在于：所述s4中，性能评估判定方法为：

39、增压器总效率满足其中,target为目标效率值，由发动机开发目标决定，取0.55~0.65；

40、当计算值大于或等于目标效率值：增压器与发动机匹配合理，直接用于整机开发；

41、当计算值小于目标值：检查压气机效率和涡轮膨胀比πt，通过更换涡轮壳、调整废气旁通阀开启策略或优化压气机叶轮型线进行整改，直至达标。

42、进一步改进在于：增压器的结构连接关系为：中间体通过浮动轴承支撑增压器轴，从而将压气机端与涡轮机端连接为一体；压气机蜗壳与无叶式扩压管配合，实现空气的收集与增压；涡轮机壳体引导发动机本体排气以驱动涡轮机叶轮，并带动压气机叶轮同步旋转；机油入口向轴承系统供给润滑油，机油出口与回油管路配合实现润滑冷却；发动机本体通过进气口与压气机端连接，通过排气入口向涡轮端输送废气；中冷口连接中冷器，用于降低增压后的空气温度；废气旁通阀用于调节涡轮转速与增压压力。

43、一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储支持处理器执行所述的一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

44、一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行所述的一种内燃机专用增压器特性试验计算公式和评估方法的步骤。

45、本发明的有益效果为：

46、1、本发明构建了覆盖压气机特性与涡轮流通特性两大模块的完整评估体系，通过边界输入参数求得压气机侧的实际控制转速、总压比、效率、换算流量及单位质量功耗五项核心指标，同时求得涡轮侧的相似转速、相似流量及膨胀比三项关键参数，并最终耦合计算增压器整机总效率，该体系填补了现有技术中缺少系统性增压器特性评估方案的空白，首次实现了压气机与涡轮全维度的量化校核，使压比、流量、效率等关键指标的评价有据可依，有效避免了因评估手段缺失导致的整机动力响应滞后、油耗偏高、排放恶化等问题。

47、2、本发明所采用的计算参数与计算理论均为内燃机进气效率匹配设计中增压器关键特性的基础设计常用方法，所得结果更加契合内燃机性能提升基础的工程实际，各项公式之间形成了完整的参数传递链条：压气机总压比作为核心自变量驱动效率与功耗计算，单位质量功耗向总效率公式传递，涡轮膨胀比同样汇入总效率耦合计算，各环节环环相扣，确保了评估结果的物理一致性与工程可信度，具有较强的工程适用性。

48、3、本发明的专用增压器特性试验计算方法适用于新能源和工业内燃机的基础结构，即一种附加有多种增压器组成结构，根据不同的内燃机和设备需求，其中的关键参数与目标参数可相应调整，该理论计算方法具有较强的通用性与可扩展性，能够满足差异化燃烧匹配场景下的评估需求。

49、4、本发明通过理论计算确定上述特性值处于合理设计范围后，可为匹配内燃机不同燃烧性能的理论研究及技术可行性评估提供理论依据，该方法利用内燃机关键性能指标提取计算所需的输入参数，并能将理论计算结果与设计指标进行对比，进而评估设计方案的可行性，为内燃机燃烧进气效率的理论计算与结论评估提供了有效手段，当增压器总效率不达标时，可定向排查压气机效率或涡轮膨胀比，并通过更换涡轮壳、调整废气旁通阀开启策略或优化压气机叶轮型线进行针对性整改，为发动机进气、燃烧效率仿真测算与方案验证提供了量化工具，工程落地实用性突出。