ͨ����ѹ��ƥ����߷�����˲̬����
֣����1,2, ������1, ���2, �Ⱦ���2, κ �2
1.���ִ�ѧ ������������ƹ����ص�ʵ����,���� 130022
2.�й���һ�����ɷ����޹�˾ ��������,���� 130011
ժҪ
Ӧ��GT-Power��Simulink���������˷�����˲̬���̷���ƽ̨,��Ӧ�ô�ƽ̨�Է�����˲����̽���ģ�����,����˸��Ʒ�����˲̬���ܵ���ѹ���Ľ�������ͨ�������ģ���������������֤,��������ת����ת�ص�˲��������õ�ʱ������31%,�����𲽻������ٵ�60 km/h���õ�ʱ��������8.7%����������ģ����������������ǺϽϺ�,��֤����ģ����㷽�����з�����˲̬����Ԥ��Ŀ����ԡ�Ӧ������ģ���������,������������Ƴ��ڶԷ�������������˲̬���ܽ��з�������,ָ����������ѹ��ƥ�䷽��ѡ��
�ؼ���: ������е����; ������; ��ѹ��ƥ��; ˲̬���ܷ���; GT-Power
Turbocharger matching to improve engine transient performance
ZHENG Guang-yong1,2, YU Xiu-min1, HOU Fu-jian2, GU Jing-zhe2, WEI Tao2
1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control,Jilin University,Changchun 130022,China
2.Research and Development Center,FAW Group Corporation,Changchun 130011,China
Abstract
A co-simulation platform was built using softwares GT-Power and Simulink to analyze the engine transient performance. The platform was used to simulate the transient process of a turbocharged engine, and a modified turbocharger variant was put forward to improve the transient performance of the engine. The simulated results were verified by engine tests, showing that the time for the load step of constant speed and increasing torque was reduced by 31%, and the vehicle accelerating time from 0 to 60 km/h was reduced by 8.7%. The test result trend was in good agreement with that of simulation, proving the feasibility of predicting the engine transient performance by simulation. The proposed simulation method may be used to analyze and evaluate the transient performances of the engine and the whole vehicle at the early stage of engine performance development, guide the matching of the turbocharger with the engine.
Keyword: power machinery and engineering; engine; turbocharger matching; transient performance simulation; GT-Power

����������ʵ�����й����д�ദ��˲�乤��,���,�������ܲ���ȡ���ڷ���������̬����,��������˲̬���ܶ���������ʹ������Ҳ��������Ҫ��Ӱ������[1]���㷺Ӧ�õ�GT-Power��������ѹ����������ѹ��ƥ��ģ���еĴ�����������������Է�������̬����ΪĿ����е�[2,3],�ɴ�ƥ�����ѡ������ѹ������û�п���˲̬��Ӧ��Ҫ�󾭳��ᵼ������������Ӧ�Բ������,���������Ʒ�ԭ����ƥ�䷽�����½�����ѹ��ƥ�乤�������������Ӧ��GT-Power��Simulink�������������˷�����˲̬����ģ�����ƽ̨,��Բ�ͬ��ѹ��ƥ�䷽���Է�������������˲̬���̵�Ӱ�������ģ��,�����˷�������ѹ��˲̬ģ��������������ն�ģ���������˷�����̨�ܺ�������������µ�������֤,ͨ��ģ�������������ĶԱȷ���,��֤��ͨ��ģ������Ľ�������˲̬���ܷ����Ŀ����ԡ�

1 ������˲̬���ܷ���ƽ̨�Ľ���

��˲�������,���͵���Ӧ�ٶ�ҪԶԶ���ڽ�������Ӧ�ٶ�,����������ѹ��������˵������ˡ�����,���������ѹ������,���ͨ������ƥ��������ѹ��,��߷�������������Ӧ�ٶ��Ǹ��Ʒ�����˲̬���ܵĹؼ�[4,5]���������ٹ�����,����������ѹ�����ͺ���Ӧ,�ڼ��ٳ���,��ѹѹ���Ľ�������ԶԶ�������������ӹ���,���¿�ȼ�Ȼ���һ��ͻȻ�½�,������ȼ�մ���ȱ�ٿ�����״̬,ȼ��δ��ȫȼ��,ȼ��Ч�ʼ���,���������������Ժ;�����[6,7,8]�������ķ���������ģ��Ӧ�߱���ӳ���ֿ����ͺ�ЧӦ������,Ҫ������������������صIJ�������������ģ�ͻ������ģ��;ȼ�չ���Ҫ�ܹ���ӳ���ڿ���ȱ�ٶ������ȼ�ն�����;ת������Ҫ����ת������,�Ӷ�ģ��ת�������Լ��ٹ��̵�Ӱ�졣

Ӧ��GT-Power��Simulink�����������������Ϸ���ƽ̨����˲̬���̵�ģ��,��GT-Power��������������ģ��,��Ҫ���ڷ����������ܲ�������Ӧ��ģ��,��Simulink�����������������Ŀ��Ʋ���,����ģ�ⷢ�����������ع��̼��������⹦�����������ֵ�ת��ƽ����Ӧ������������ϼ������ͬʱ��ӳ�������Ŀ��Ʋ��Լ�����������Ӧ����[9],����ƽ̨��ͼ1��ʾ,�������������׺͹�·����ѹ������,����ģ�ⷢ������ȼ�պͿ�������Ӧ���;������̨�ܵIJ⹦�����غͿ���ģ��,����ģ�ⷢ����̨�ܵ�˲̬����;�������ؼ�����ģ������ģ��������˲̬��Ӧ�����

˲̬ģ�͵Ľ�����Ϊ��������,���Ƚ�����̬ģ�͵�У��,�����ͼ2��ͼ3��ʾ,ģ�������������Ǻ϶ȽϺ�,��������5%����,����ģ���ܹ��ܺõط�Ӧ����������ʵ���ܡ�Ȼ��Ӧ����̬ģ��У���Ľ��,���뷢����˲̬�仯��ϵ�Ƚ����е�ȼ��ģ�Ͳ�����������ѹ��Ħ����������������������У��ϵ��������ת������ת�ٺ͸��ɱ仯��map,����ģ����Simulinkģ�����,���������յķ�����˲̬����ƽ̨��

ͼ1 ������˲̬���ܷ���ƽ̨Fig.1 Engine transient performance simulation platform
ͼ2 ת�ص���̬ģ��У�����Fig.2 Steady state model calibration result
of engine torque
ͼ3 ��ѹѹ������̬ģ��У�����Fig.3 Steady state model calibration result
of boost pressure
2 ������˲̬����ģ�����
2.1 ������˲̬���̶Ա�

��Ӧ������˲̬����,����������������Դ������Ϸ�Ϊ��ת����ת�ع��̺Ͷ�ת����ת�ٹ�������,��Ӧ���������ٹ���,�����������ӽ��ڶ�ת����ת�صĹ���[8],����ѡ�񷢶����Ķ�ת����ת����һ�ض���˲̬���̽���ģ������ۡ�������������������Ҫ�����ڵ���ת�ص���Ӧ�ٶ�[9],ѡ�����ܷ�ӳ��������������1200 r/min��Ϊ�о�����������ѹ��������ѡ��ģ�ⷢ����ת�ٹ̶���1200 r/min,ת��ͻȻ�����˲̬���̽���ģ��,������ͬ����ѹ����������һ���ٹ�������ѹѹ�������Ϳ�ȼ�ȱ仯����,����ѹ����ƥ�䷽������ѡ��

Ӧ��˲̬���ܷ���ƽ̨�Է�������Ӧ�ò�ͬ��ѹ��ƥ�䷽������µļ��ٹ��̽����Ż�,����ʡ�Ե����ӵ��м��Ż���������,ֻ�����յ��Ż��Ľ�������ѹ����ԭ��ѹ�����жԱȷ�����������ѹ���IJ�������1��ʾ,������ͨ�����Ա���ͼ4��ʾ,�������Ա�����,�Ľ���ѹ����������ͱȴ���ԭ��ѹ����ͨ������С35%����,��1.2���ͱȴ���ͨ������С18%����,����С�����ܹ����õ����÷�������ת�ٷ�������,����С���־��н�С��ת������,�����ڷ�����˲̬���ܸĽ���


�ڷ�����˲̬ģ�������,������ת�ٺ㶨��1200 r/min,������1 s�ڴӺ�С��ÿѭ��5 mgѸ�ټӵ�ȫ���ɵ�ÿѭ��127 mg,��������һ�����з�����������ת�ص���Ӧ���,��������ͼ5~ͼ7��


�Ӽ��������Կ���,�Ż������ѹ������ת�����ӹ����и���ؽ�����ѹѹ��,�Ӷ��õ�����Ŀ�����Ӧ����,��֤������������Ӧ�ٶ��ܹ��Ͽ�ظ��������ٶ�,���Կ�ȼ�����ڸ��̵�ʱ���ڻָ���15����,���������ڿ���ȱ�ٶ�����IJ�����ȼ��ʱ��,������ת��Ҳ��ԭ��ѹ����Ӧ�ø���,Ӧ�øĽ�����ѹ��������ת�ر�ԭ��ѹ��������ת�شﵽ900 N��m��ʱ�����̽���1 s,������ת����Ӧʱ�������25.1%��

��1 �Ľ�ǰ����ѹ����������Table 1 Parameters between original and improved turbines
ͼ4 �Ľ�ǰ���������ԶԱ�Fig.4 Performance comparison between original
and improved turbines
ͼ5 ��ѹѹ���ķ�����˲̬���̼�����Fig.5 Engine transient process simulation
result of boost pressure
ͼ6 ��ȼ�ȵķ�����˲̬���̼�����Fig.6 Engine transient process simulation result
of air fuel ratio
ͼ7 ת�صķ�����˲̬���̼�����Fig.7 Engine transient process simulation
result of engine torque
2.2 ����˲̬���̶Ա�

Ӧ�÷�����˲̬����ƽ̨�����������������ٹ��̽���ģ�����,������ѹ���Ľ�ǰ��������������ܵ�Ӱ��,�����ͼ8��ͼ9��

.

������������������ģ��������,�Ľ�����ѹ��ʵ���˷�����ת�صĿ�����Ӧ,�ܹ�����ﵽ����ת��,���ٴﵽ60 km/h���õ�ʱ��������5.4 s,�Ľ������ѹ������ʱ��������8.65%,�ϴ�̶ȵظ�����������˲̬��Ӧ���ԡ�

ͼ8 ������ת�ٵ������������ٹ��̼�����Fig.8 Vehicle accelerating process simulation
result of engine speed
ͼ9 ���ٵ������������ٹ��̼�����Fig.9 Vehicle accelerating process simulation
result of vehicle speed
3 ������������������֤
3.1 ������˲̬����������֤

�ڷ���������̨���Ͻ����˷�����˲̬���̶Ա�����,��1200 r/min��50 N��m�����ȶ���תһ��ʱ��,��1 s��Ѹ�ټӴ����ŵ�������ȫ����,�����ʱ��������·��ת����Ӧ�������ͼ10����ѹѹ����Ӧ����п��Կ���,������ѹ������������0.6 s��ſ�ʼ��Ӧ,�����ȶ�����󿪶�5 s��Ŵﵽ�ȶ�״̬���Ľ������ѹ����ԭ��ѹ����Ӧ�ٶȸ���,�ﵽ80 kPa����ѹѹ��ʱ���ԭ��ѹ�������˴�Լ1 s��

��ͼ11��ת����Ӧ������,�������ſ��ȵ�ͻȻ�仯,ת����Ӧ�ͺ�ʱ�����ѹѹ����,��Լֻ��0.2 sת�ؼ������仯,�������ڽ�����Ӧ�����ͺ�,������ת�������͵�˲��֮�������ڽ�����Ӧ����,ȼ�ն�,����ת���и����µĹյ�,Ȼ��������ѹѹ�����𲽽����Ż����������Ľ�����ѹ��ת�ؽ������̱�ԭ��ѹ����,�Ľ���ѹ��ת�شﵽ900 N��m����2.88 s,��ԭ����ʱ��������29.4%��������ѹѹ������ת�ص���Ӧ����,ģ�������������������϶��ǺϽϺ�,˵��Ӧ��ģ�����ķ���Ԥ�ⷢ������˲̬��Ӧ���̵�׼ȷ�ԡ�

ͼ10 ��ѹѹ���ķ�����̨��˲̬������Fig.10 Engine transient process test result
of boost pressure
ͼ11 ת�صķ�����̨��˲̬������Fig.11 Engine transient process test result
of engine torque
3.2 ����˲̬����������֤

�������Ͻ�������������������������֤�Ľ�������˲̬��Ӧ���,�����ͼ12��ͼ13���ӶԱȽ���п��Կ���,
Ӧ�øĽ������ѹ��,������ת�ٿ��Ը�������,���ٴﵽ60 km/h���õ�ʱ��Ҳ��ԭ��ѹ����6.1 s,����ʱ������7.8%,�ܹ�������������ļ�����Ӧ����,��ʡ�����ͺ���,������������ԡ�

ͼ12 ������ת�ٵ�����������������������Fig.12 Vehicle accelerating process test result of
engine speed
ͼ13 ���ٵ�����������������������Fig.13 Vehicle accelerating process test
result of vehicle speed
3.3 ��������ģ�����Ա�

����������ģ�����ĶԱ�����,�����ڷ�����̨�ܵ�˲̬���̽�����ϴ�,�������ٹ��̽������С,�Ľ�Ч���ľ���ֵ���ϴ�,���ֵ����С(����2)��������ģ����������δ���Ƿ�����̨����������в⹦����ת�������Ͳ⹦��������������Ӱ��,����ģ���������������ϴ�,������ӽ��ڿ��Խ��ܵ�˲̬����ģ�����15%����Χ����������,ģ�����������Ƚ��Ǻ�,Ӧ�÷�����˲̬���ܷ���ƽ̨����ģ�����ķ����ǿ��еġ�

��2 ģ�������������Ƚ�Table 2 Comparison of simulation and test results
4 �� ��

(1)Ӧ��GT-Power��Simulink�������������Ϸ���ƽ̨,�����˷�������������˲̬����ģ��,ͨ������ѹ�������ĶԱ�,ȷ�����ܹ��Ľ�������������˲̬��Ӧ���ܵķ�����

(2)�ڷ�����̨���Ͻ�����˲̬���ܵĶԱ���֤,Ӧ��ģ�����ȷ������ѹ������ת����Ӧʱ���ԭ��������31%,�ܹ��ܺõظĽ���������ת�ٵ����ܺͷ�����˲̬��Ӧ���ܡ�

(3)�������Ͻ���������������������,�Ľ�������ѹ���нϺõ�˲̬��Ӧ����,���ٴﵽ60 km/h��ʱ���ԭ��������8.7%,�ܹ����ټ���ʱ�䡣

(4)������ģ�����Ԥ�ⷢ����������˲̬�Ľ�����Խ��������ֵ�dz��Ǻ�,�ܹ���ӳ��ͬ�����Է�����������˲̬��Ӧ��Ӱ��,Ӧ��ģ�����ķ������з������Ľ�������Ԥ���ǿ��еġ�

(5)Ӧ��ģ���������,�ܹ��ڷ�����������Ƶij��ڶԷ�������������˲̬���ܽ��з���������,��������ֻ����̬�������۵��µ����������Բ������,�ܹ����õشӸ��Ƽ����Է������ֽ������������ԺͶ����Ե��Ż���Ӧ��ģ������������з�������������˲̬��������,�ܹ����̿������ں�������,��Լ�����ɱ���

�����
[1] ֣����. CA6DF2_26���ͻ�˲������о�[D]. ����: ���ִ�ѧ��������ѧԺ, 2006.
Zheng Guang-yong. Study on the transient process of CA6DF2-26 diesel engine[D]. Changchun: College of Automotive Engineering, Jilin University, 2006. [��������:1]
[2] ���糬. ������ѹ���ͻ�˲̬���̷��漰����[D]. ����: ���ִ�ѧ��������ѧԺ, 2009.
He Shu-chao. Simulation of automobile turbocharged diesel engine under transient operating cinditions[D]. Changchun: College of Automotive Engineering, Jilin University, 2009. [��������:1]
[3] �ᄊ, ���ҳ�, ��˼��, ��. �ɱ伸�ν�����ѹ��������ѭ�������Ͳ��ͻ����ܺ��ŷŵ�Ӱ��[J]. ���ִ�ѧѧ��: ��ѧ��, 2009, 39��4��: 864-868.
Tian Jing, Liu Zhong-chang, Ge Si-fei, et al. Effect of VGTEGR system on performances and emissions of heavy-duty diesel engine[J]. Journal of Jilin University��Engineering and Technology Edition��, 2009, 39��4��: 864-868.
[��������:1] [CJCR: 0.841]
[4] Tufail K, Winstanley T, Karagiorgis S, et al. Characterisation of diesel engine transient pumping-loss and control methodology for transient specific fuel consumption(SFC)[C]��SAE Paper, 2009-01-2748. [��������:1]
[5] ���ҳ�, ���㿡, ���׺�. ���������Գ���ֱ��ʽ���ͻ�˲̬������΢���ŷŵ�Ӱ��[J]. ��ȼ��ѧ��, 2000, 18��2��: 153-155.
Liu Zhong-chang, Liu Xun-jun, Zhang Zhao-he. Effect of intake swirl on particulate emission from an automotive D. I. diesel engine under transient operating conditions[J]. Transactions of CSICE, 2000, 18��2��: 153-155.
[��������:1] [CJCR: 1.352]
[6] ����, ����ˡ, �����, ��. ȼ���Ż��Զ���ѹ������ͻ�˲̬�����ŷŵ�Ӱ��[J]. ���ִ�ѧѧ��: ��ѧ��, 2008, 38��4��: 791-796.
Sun Wan-chen, Wang Zhong-shu, Li Guo-liang, et al. Effects of fuel cetane number on emissions from a turbocharged and intercooled diesel engine under transient operating conditions[J]. Journal of Jilin University��Engineering and Technology Edition��, 2008, 38��4��: 791-796.
[��������:1] [CJCR: 0.841]
[7] Pettiti M, Pilo L, Millo F. Development of a new mean value model for the analysis of turbolag phenomena in automotive diesel engines[C]��SAE Paper, 2007-01-1301. [��������:1]
[8] Sui Ling-ge, Liu Zhong-chang, Han Yong-qiang, et al. Realization of the simulation platform of turbocharged diesel engine with EGR Loop under transient conditions[C]��ICCASM, Shanxi, Taiyuan, China, 2010: 274-279. [��������:2]
[9] Rakopoulos C D, Giakoumis E G, Hountalas D T, et al. The effect of various dynamic, thermodynamic and design parameters on the performance of a turbocharged diesel engine operating under transient load conditions[C]��SAE Paper, 2004-01-0926. [��������:2]