[01029743]内燃机涡轮复合增压技术及应用

内燃机是交通运输、工程机械和国防装备等的主导动力，是中国石油消耗的最大主体产业，内燃机年消耗燃油约占全年石油消耗总量的70％，产生CO₂排放约占CO₂总排放量的25％以上。涡轮复合增压是内燃机节能减排的基础战略和主要技术途径，是国际内燃机发展的新一轮技术竞争。项目针对发展内燃机涡轮复合增压技术面临的压气机中低速范围窄、增压涡轮瞬态响应慢、动力涡轮工作效率低、发动机工况适应性差等四大技术瓶颈和难题，提出通过系统流场匹配提高压气机、增压涡轮和动力涡轮性能的技术新思路，在国际上首创变流道对转涡轮复合增压技术。 主要技术发明与创新点如下： 1、发明了增压压气机非对称扩压器扩稳技术。揭示了压气机中低速工况“两区喘振”流动失稳机制，提出了非对称参数优化控制扩压器失速的流场匹配扩稳方法，突破了增压压气机中低速工况范围窄的技术瓶颈，将国际上压气机中低速范围扩稳效果从17％提升至25％； 2、发明了增压涡轮变流道设计技术。提出了通过流场匹配增大叶轮入口环量实现涡轮瞬态响应提速的途径，发展了涡轮变流道设计调整通流能力瞬态响应提速方法，解决了增压涡轮瞬态工况响应慢的关键技术难题，变工况瞬态响应速率较传统涡轮变几何提升近30％； 3、发明了对转动力涡轮复合技术。提出了减小增压涡轮与动力涡轮间的流场畸变实现动力涡轮增效的途径，发展了对转动力涡轮耦合设计的流场匹配增效方法，提高了动力涡轮的工作效率，将动力涡轮复合工作的实际效率提高约4％； 4、提出了涡轮复合增压变通流面积比匹配方法。建立了循环耦合涡轮系统通流匹配模型，提出了基于通流面积比优化增压涡轮与动力涡轮排气能量分配的循环耦合匹配方法，实现了内燃机的全工况优化。 基于以上发明点研发出变流道对转涡轮复合增压系统，使用该系统的内燃机燃油经济性改善最大可达到7.8％。 项目成果实际应用于玉柴机器、潍柴动力等多家企业的国六和非道路国四内燃机产品以及多个型号国防车辆装备，产生了显著的经济、社会和军事效益。项目获发明专利授权83项，包括12项国际发明专利；发表学术论文105篇，包括ESI工程领域高被引论文1篇。中国机械工业联合会2019年1月23日在清华大学主持召开了该项目成果鉴定会，鉴定意见认为该项目成果自主可控、技术难度大，总体技术达到国际先进水平，其中对转动力涡轮复合技术达到国际领先水平，研究成果对中国内燃机节能减排具有重要促进作用。