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摘要：本文主要是把重型二级增压柴油机作为研究主体，基于GT-power软件提供的模块化模型，建立对二级增压重型柴油机的模拟仿真与分析。对仿真模型的喷油系统与增压系统表征的调节参数进行协同优化，来使被优化匹配的重型柴油机达到国Ⅵ排放标准要求，在保证发动机动力性能优良的情况下，实现燃油消耗率降低5% -10%，以满足未来燃油耗法规的标准。
关键词：GT-power，柴油机，二级增压，模拟仿真分析，优化匹配
Abstract：This paper focuses on the heavy - duty two - stage turbocharged diesel engines， and based on the modular model provided by GT-Power software， the simulation analysis of two-stage turbocharged heavy-duty diesel engine is established. The adjustment parameters of fuel injection system and supercharging system are coordinated optimized to make the optimized and matched heavy-duty diesel engine meet the national Ⅵ emission standard requirements. Under the condition of ensuring excellent engine power performance， the fuel consumption rate is reduced by 5%-10% to meet the requirements of future fuel consumption regulations.
Key words：GT-power，diesel engine，two-stage supercharger，Simulation analysis，optimal matching
0 引言
传统内燃机目前作为现代汽车的主要动力装置虽然在世界范围内得到普及应用，在传统内燃机大量使用的同时它加剧污染我们的生活环境的速度和使能源问题变得更加紧张。据统计，全球超过50%的石油资源都是被内燃机直接消耗掉的，并且内燃机在燃烧过程中产生的有害废气也已经严重危害到了我们的生存环境和生活质量。加之曾说“既要金山银山，又要绿水青山”的理念，我们的研究可以很有效的解决这类问题。根据现在世界各国的排放法规标准与油耗标准的规定，不难看出标准在日渐加严，而柴油机有很有优质可取的性能像实际转化成驱动力的能量大、做功时功的耗油量低、CO2排放低等优势，这些优势已经吸引了众多消费者和生产商的使用。像欧洲和日本等发达国家都在大力推进车用柴油化，而被我们优化过的重型柴油机可以实现燃油消耗率降低5%-10%。这将会对我们的生产和生活环境带来巨大的改善。柴油机有着一个复杂的包含很多要素的系统，我们着重研究重型增压柴油机的进气系统、喷油系统以及燃烧室三者间的协同优化匹配，来得到内燃机工作参数发生变化时能影响它的因素。之后对影响它的参数进行优化并整理改进各因素，使各因素之间变成协调统一的状态并起到制约作用，为了实现它在性能方面能达到我们预期想要的成果。像在经济方面可以节约成本，在性能方面提高动力学和减少排放等。柴油机控制参数与柴油机性能之间没有明确的映射关系，而增压与喷油系统控制参数优化属于多系统多参数优化，传统的优化方法将难以满足优化需求，以各类优化算法为核心的多参数优化方法逐渐成为研究热点。目前文献中主要集中对单一目标进行优化，或选择很多目标使之转化成为单一目标约束条件进行优化匹配，关于电控柴油机控制参数的优化研究，主要集中于优化柴油机喷油参数，或仅对可调增压系统进行优化匹配，然而对于喷油系统与增压系统调节参数协同优化的研究鲜有报道。此前喷油与增压系统两个系统的多个参数协同优化研究，为之后进行的喷油参数与增压系统之间协调后的参数进行协同优化提供了基础性的参考。
1 建立二级增压柴油机仿真模型
1.1 模型建立及参数设置
本研究的研究对象为某车用重型六缸增压中冷柴油机，它的主要技术参数如表1.1所示。
1.2 二级增压柴油机仿真模型
根据实际的发动机试验台架数据和增压器厂家提供的增压器特性曲线数据，利用GT-power软件产生的大块式的模型为基础，建立二级增压重型柴油机一维整机模型如图1.2所示，其中子模型包括高低压级增压器、高压级涡轮旁通阀、EGR阀、进排气门、喷油器等。
1.3 模型验证
为了保证仿真结果的准确性，需要对模拟仿真建立的二级增压柴油机各参数与试验数据进行验证。该模型验证的方法如下：在相同工况和边界条件下，对比仿真结果和试验数据的发动机缸压、性能曲线，若存在明显差别，则依据经验适当调整仿真模型中的参数，使仿真结果与试验值接近。图1.3为1650r/min、100%负荷和1965r/min、100%负荷工况下，仿真与试验的缸压曲线对比，从图中两条曲线的拟合程度可以看出两条曲线基本重合，这证明仿真结果准确性较高。
1.4 原机模型校准
图3.1为外特性工况下仿真与试验的发动机进气量、增压压力、燃油消耗率和扭矩对比，仿真结果和试验数据具有较高的接近相似性，仿真误差均在5%以内，说明建立的此二级增压发动机仿真模型精准性较高，可以进行下一步研究。
2优化方法
本试验设计利用GT-power模型结合以各类优化算法为核心的多参数优化方法，我们打破了传统的优化方法，与以往的经典优化算法相比较，提出了更稳健的设计，这大大提高了优化算法的可行性并且多目标多参数的协同优化使多部分的试验点都均匀的落在空间曲线上。
3 匹配结果分析
在图4.1低压级与高压级联合运行线的对比中可以直观地看出，低压级的质量流量面积大，并且压气机处在大面积的质量流量中，高增压比区域的工作效率比较高，这充分显示了柴油机的性能已经被大大提升;高压级的质量流量面积小，在处于很低的增压比和质量流量区域内达到高效率，这充分说明柴油机可以有效的使用排气能量来提升性能。这样有效合理的利用排气能量，可以实现最优化匹配。
4 结束语
本文以某車用高压共轨重型柴油机为基础样机，根据实际的发动机试验台架数据和增压器厂家提供的增压器特性曲线数据，利用GT-power软件产生的大块式的模型为基础，建立了二级增压重型柴油机一维整机模型。通过模型模仿实际系统得到的实验数据缸压曲线与试验缸压曲线进行对比，才保证了仿真结果的准确性。为下一步的选择多目标和多参数进行协同优化研究打下了基础。
应用GT-power软件完成的二级增压柴油机模仿实际系统的工作后，模拟EGR参数、喷油参数对柴油机性能的影响，并进行分析从而得到规律。本着以降低油耗，降低排放，提高动力性为目标，对喷油系统与增压系统调节协调后的参数进行协同优化，不仅达到了加快优化进程的效果而且得到了更加精准的结果。
关键词：GT-power，柴油机，二级增压，模拟仿真分析，优化匹配
Abstract：This paper focuses on the heavy - duty two - stage turbocharged diesel engines， and based on the modular model provided by GT-Power software， the simulation analysis of two-stage turbocharged heavy-duty diesel engine is established. The adjustment parameters of fuel injection system and supercharging system are coordinated optimized to make the optimized and matched heavy-duty diesel engine meet the national Ⅵ emission standard requirements. Under the condition of ensuring excellent engine power performance， the fuel consumption rate is reduced by 5%-10% to meet the requirements of future fuel consumption regulations.
Key words：GT-power，diesel engine，two-stage supercharger，Simulation analysis，optimal matching
0 引言
传统内燃机目前作为现代汽车的主要动力装置虽然在世界范围内得到普及应用，在传统内燃机大量使用的同时它加剧污染我们的生活环境的速度和使能源问题变得更加紧张。据统计，全球超过50%的石油资源都是被内燃机直接消耗掉的，并且内燃机在燃烧过程中产生的有害废气也已经严重危害到了我们的生存环境和生活质量。加之曾说“既要金山银山，又要绿水青山”的理念，我们的研究可以很有效的解决这类问题。根据现在世界各国的排放法规标准与油耗标准的规定，不难看出标准在日渐加严，而柴油机有很有优质可取的性能像实际转化成驱动力的能量大、做功时功的耗油量低、CO2排放低等优势，这些优势已经吸引了众多消费者和生产商的使用。像欧洲和日本等发达国家都在大力推进车用柴油化，而被我们优化过的重型柴油机可以实现燃油消耗率降低5%-10%。这将会对我们的生产和生活环境带来巨大的改善。柴油机有着一个复杂的包含很多要素的系统，我们着重研究重型增压柴油机的进气系统、喷油系统以及燃烧室三者间的协同优化匹配，来得到内燃机工作参数发生变化时能影响它的因素。之后对影响它的参数进行优化并整理改进各因素，使各因素之间变成协调统一的状态并起到制约作用，为了实现它在性能方面能达到我们预期想要的成果。像在经济方面可以节约成本，在性能方面提高动力学和减少排放等。柴油机控制参数与柴油机性能之间没有明确的映射关系，而增压与喷油系统控制参数优化属于多系统多参数优化，传统的优化方法将难以满足优化需求，以各类优化算法为核心的多参数优化方法逐渐成为研究热点。目前文献中主要集中对单一目标进行优化，或选择很多目标使之转化成为单一目标约束条件进行优化匹配，关于电控柴油机控制参数的优化研究，主要集中于优化柴油机喷油参数，或仅对可调增压系统进行优化匹配，然而对于喷油系统与增压系统调节参数协同优化的研究鲜有报道。此前喷油与增压系统两个系统的多个参数协同优化研究，为之后进行的喷油参数与增压系统之间协调后的参数进行协同优化提供了基础性的参考。
1 建立二级增压柴油机仿真模型
1.1 模型建立及参数设置
本研究的研究对象为某车用重型六缸增压中冷柴油机，它的主要技术参数如表1.1所示。
1.2 二级增压柴油机仿真模型
根据实际的发动机试验台架数据和增压器厂家提供的增压器特性曲线数据，利用GT-power软件产生的大块式的模型为基础，建立二级增压重型柴油机一维整机模型如图1.2所示，其中子模型包括高低压级增压器、高压级涡轮旁通阀、EGR阀、进排气门、喷油器等。
1.3 模型验证
为了保证仿真结果的准确性，需要对模拟仿真建立的二级增压柴油机各参数与试验数据进行验证。该模型验证的方法如下：在相同工况和边界条件下，对比仿真结果和试验数据的发动机缸压、性能曲线，若存在明显差别，则依据经验适当调整仿真模型中的参数，使仿真结果与试验值接近。图1.3为1650r/min、100%负荷和1965r/min、100%负荷工况下，仿真与试验的缸压曲线对比，从图中两条曲线的拟合程度可以看出两条曲线基本重合，这证明仿真结果准确性较高。
1.4 原机模型校准
图3.1为外特性工况下仿真与试验的发动机进气量、增压压力、燃油消耗率和扭矩对比，仿真结果和试验数据具有较高的接近相似性，仿真误差均在5%以内，说明建立的此二级增压发动机仿真模型精准性较高，可以进行下一步研究。
2优化方法
本试验设计利用GT-power模型结合以各类优化算法为核心的多参数优化方法，我们打破了传统的优化方法，与以往的经典优化算法相比较，提出了更稳健的设计，这大大提高了优化算法的可行性并且多目标多参数的协同优化使多部分的试验点都均匀的落在空间曲线上。
3 匹配结果分析
在图4.1低压级与高压级联合运行线的对比中可以直观地看出，低压级的质量流量面积大，并且压气机处在大面积的质量流量中，高增压比区域的工作效率比较高，这充分显示了柴油机的性能已经被大大提升;高压级的质量流量面积小，在处于很低的增压比和质量流量区域内达到高效率，这充分说明柴油机可以有效的使用排气能量来提升性能。这样有效合理的利用排气能量，可以实现最优化匹配。
4 结束语
本文以某車用高压共轨重型柴油机为基础样机，根据实际的发动机试验台架数据和增压器厂家提供的增压器特性曲线数据，利用GT-power软件产生的大块式的模型为基础，建立了二级增压重型柴油机一维整机模型。通过模型模仿实际系统得到的实验数据缸压曲线与试验缸压曲线进行对比，才保证了仿真结果的准确性。为下一步的选择多目标和多参数进行协同优化研究打下了基础。
应用GT-power软件完成的二级增压柴油机模仿实际系统的工作后，模拟EGR参数、喷油参数对柴油机性能的影响，并进行分析从而得到规律。本着以降低油耗，降低排放，提高动力性为目标，对喷油系统与增压系统调节协调后的参数进行协同优化，不仅达到了加快优化进程的效果而且得到了更加精准的结果。