宋德祥，李志鵬，李睿，石志勇，商顯赫，張付軍

(1.北京理工大學(xué)，北京 100081；2.中國北方車輛研究所，北京 100072；3.山西柴油機(jī)工業(yè)有限公司，山西 大同 037036)

渦輪增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的一個關(guān)鍵性技術(shù)，它不僅使發(fā)動機(jī)動力性做到強(qiáng)化[1]，而且對于改善柴油機(jī)高原特性具有重要意義。大量的研究表明：平原匹配良好的渦輪增壓發(fā)動機(jī)到高原環(huán)境就會出現(xiàn)動力不足現(xiàn)象[2]，在低速階段表現(xiàn)尤為突出，這是因?yàn)楦咴h(huán)境下，大氣的壓力比平原壓力低很多，進(jìn)氣管空氣流量小，增壓器響應(yīng)滯后加劇，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中“氣不跟油”，燃燒惡化[3-5]。由于排氣能量小，發(fā)動機(jī)低速工況增壓器幾乎不發(fā)揮作用，這種現(xiàn)象在高原環(huán)境下愈發(fā)明顯。渦輪增壓器的動態(tài)響應(yīng)會對柴油機(jī)動態(tài)特性產(chǎn)生影響，改善柴油機(jī)與增壓器的高原響應(yīng)特性對于柴油機(jī)在高原正常工作具有重要意義[6-8]。

許多學(xué)者對高原柴油機(jī)渦輪增壓方案進(jìn)行匹配和研究[9-11]。王俊等[12]通過理論計(jì)算選取了合適的壓氣機(jī)和渦輪，并進(jìn)行了配機(jī)試驗(yàn)，保證農(nóng)業(yè)機(jī)械具有良好的高原適應(yīng)性。李書奇[13]更換高壓比壓氣機(jī)放氣閥渦輪增壓器解決高原增壓器超速問題。劉系暠[14]通過仿真發(fā)現(xiàn)二級增壓在高原相比單級增壓最大扭矩會得到提高。近年來，基于柴油機(jī)恒轉(zhuǎn)速增扭和恒扭增轉(zhuǎn)速瞬態(tài)工況，學(xué)者做了大量研究[15-17]，然而這兩種特殊加載方式都是保持轉(zhuǎn)速或扭矩恒定，與發(fā)動機(jī)在實(shí)際車輛上的情況相差較遠(yuǎn)。在車輛起步過程中，柴油機(jī)受到液力變矩器力矩的作用，扭矩跟隨轉(zhuǎn)速變化(自然特性)，并在最高轉(zhuǎn)速處做近似恒轉(zhuǎn)速加載的過程，故本研究對“自然特性和恒轉(zhuǎn)速”組合加載的瞬態(tài)工況展開研究。柴油機(jī)與增壓器的動態(tài)特性之間存在復(fù)雜的影響關(guān)系，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化會影響增壓器的動態(tài)特性，增壓器的動態(tài)特性反過來又影響柴油機(jī)進(jìn)氣壓力和流量、噴油量等的變化，因而有必要研究高原條件下柴油機(jī)加載條件對柴油機(jī)動態(tài)特性的影響規(guī)律。

1 瞬態(tài)性能仿真平臺的建立

1.1 發(fā)動機(jī)模型

發(fā)動機(jī)是強(qiáng)耦合、復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，車用發(fā)動機(jī)大多工作在瞬變過程，其工作狀態(tài)受氣體流動和缸內(nèi)燃燒過程影響。由于進(jìn)排氣管路的容積大，加之氣體具有可壓縮性，在動態(tài)過程中，進(jìn)氣的響應(yīng)速度遠(yuǎn)慢于噴油的響應(yīng)速度，具有較大的遲滯性。為了研究高原環(huán)境下渦輪增壓發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)情況,反映發(fā)動機(jī)動態(tài)過程的工作狀態(tài)，需要建立詳細(xì)的發(fā)動機(jī)物理模型，其應(yīng)該能夠體現(xiàn)氣體的流動狀況和滯后效應(yīng)，同時體現(xiàn)發(fā)動機(jī)曲軸和增壓器轉(zhuǎn)子的慣量對動態(tài)過程的影響等。

以某增壓柴油機(jī)為研究對象，在GT-Power中構(gòu)建其一維性能仿真模型，模型中主要包括增壓器模型、氣缸模型、進(jìn)排氣管路模型、噴油器模型、曲軸箱模型、與Simulink耦合模塊等子模型。

為了驗(yàn)證發(fā)動機(jī)模型的可行性和準(zhǔn)確性，以最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)的平原扭矩值作為參考，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，海拔0 m和4 500 m時試驗(yàn)和仿真的歸一化外特性扭矩數(shù)據(jù)如圖1所示，扭矩的仿真值和試驗(yàn)值誤差均在3.5%之內(nèi)，說明發(fā)動機(jī)模型能夠滿足仿真的要求。

圖1 試驗(yàn)與仿真扭矩

1.2 發(fā)動機(jī)控制策略模型

研究所用發(fā)動機(jī)油量控制采用全程調(diào)速的方式。全程調(diào)速作用于怠速到最高轉(zhuǎn)速的所有轉(zhuǎn)速范圍，自動調(diào)節(jié)循環(huán)供油量，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動較小，承載能力較強(qiáng)。全程調(diào)速模型中對油量的計(jì)算包括調(diào)速特性和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制兩個部分。根據(jù)發(fā)動機(jī)的當(dāng)前工況和油門踏板的位置，調(diào)速特性部分計(jì)算出下一循環(huán)發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如圖2所示。轉(zhuǎn)速閉環(huán)部分根據(jù)調(diào)速特性計(jì)算的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，通過PID控制器將差值轉(zhuǎn)換成循環(huán)供油量，模型中調(diào)速率設(shè)置為10%。

圖2 全程調(diào)速特性模型

油量控制策略如圖3所示，通過全程調(diào)速計(jì)算得到循環(huán)供油量，在動態(tài)過程中，由于渦輪增壓器的滯后效應(yīng)，進(jìn)氣響應(yīng)遠(yuǎn)低于噴油響應(yīng)，進(jìn)氣量不足導(dǎo)致燃燒惡化，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)冒煙的現(xiàn)象。為了避免空燃比過低出現(xiàn)冒黑煙的情況，對發(fā)動機(jī)冒煙極限進(jìn)行限值，模型中冒煙極限空燃比的取值不低于18。受外特性油量和冒煙極限的約束，取三者中油量最小值作為發(fā)動機(jī)循環(huán)供油量。

圖3 油量控制策略

1.3 測功機(jī)模型

以渦輪增壓柴油機(jī)為單一動力的車輛傳動系統(tǒng)中往往帶有液力變矩器，起到減速增扭的作用。液力變矩器作用在發(fā)動機(jī)上的負(fù)荷是由泵輪的扭矩變化特性決定的。液力變矩器的泵輪扭矩特性為

MB=ρgλn2D5。

(1)

式中：MB為泵輪轉(zhuǎn)矩；ρ為液體的密度；λ為泵輪轉(zhuǎn)矩系數(shù)；n為泵輪轉(zhuǎn)速；D為液力變矩器直徑。

圖4示出為發(fā)動機(jī)和液力變矩器共同工作輸入特性，是發(fā)動機(jī)和液力變矩器匹配的基礎(chǔ)，曲線a,b,c,d是不同的液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速速比的輸入特性。通過改變發(fā)動機(jī)和液力變矩器之間的前傳動比值，可以改變共同輸入特性。

圖4 共同工作輸入特性示意

為了模擬發(fā)動機(jī)在車輛運(yùn)行中受到的負(fù)載情況，以發(fā)動機(jī)和液力變矩器共同工作輸入特性的形式給定加載方式(自然特性加載)。當(dāng)液力變矩器速比為0時，選擇前傳動比分別為0.7，1，1.1，確定三種自然特性加載條件。當(dāng)三種自然特性加載條件到達(dá)標(biāo)定點(diǎn)轉(zhuǎn)速后改變加載方式，以恒速加載的方式將扭矩加載到3 500 N·m。如圖5所示，三種加載條件改變了自然特性和恒轉(zhuǎn)速在加載過程中所占的比例。圖5中，恒扭矩加速過程，由于前期轉(zhuǎn)速低，加載扭矩過大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不能增加。所用發(fā)動機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速為800 r/min，仿真過程發(fā)動機(jī)從800 r/min開始加速，加載扭矩為800 r/min時圖中對應(yīng)的扭矩。

圖5 加載條件

GT-Power仿真軟件有轉(zhuǎn)速模式和測功機(jī)模式，在加載過程中GT-Power不能將測功機(jī)模式切換到轉(zhuǎn)速模式，因此為了在測功機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速加載的過程，在測功機(jī)模塊下設(shè)計(jì)了一種可以近似模擬恒速加載的方法，通過測功機(jī)模塊進(jìn)行加載過程的切換，如圖6所示。發(fā)動機(jī)的加載扭矩以自然特性加載方式進(jìn)行加載，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，加載過程切換到恒速加載。恒速加載過程發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為一定值，將需要穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速作為目標(biāo)值，與當(dāng)前采集到的發(fā)動機(jī)信號做差值，采用增量式PID控制算法，控制發(fā)動機(jī)的加載扭矩，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，近似模擬恒速加載的過程。

圖6 測功機(jī)模塊

1.4 耦合仿真平臺

發(fā)動機(jī)的控制策略模型和測功機(jī)模塊在Simulink中建立，通過軟件的耦合單元建立聯(lián)合仿真平臺(見圖7)，能夠同時反映發(fā)動機(jī)的控制策略和動態(tài)過程的響應(yīng)性。GT-Power運(yùn)行模式設(shè)置為Load模式，Simulink傳遞循環(huán)噴油量和實(shí)時的負(fù)載信號給GT-Power，GT-Power將運(yùn)行過程中的參數(shù)變化數(shù)據(jù)傳遞給Simulink，方便實(shí)時觀察和對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。

圖7 瞬態(tài)性能仿真平臺

2 不同加載條件下瞬態(tài)性能模擬分析

瞬態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)過程仿真計(jì)算中存在較大的差異，恒轉(zhuǎn)速增扭矩和恒扭矩增轉(zhuǎn)速是兩種典型的瞬態(tài)過程，而在車輛起步加速過程中不同于這兩種瞬態(tài)過程，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載都是變化的。為了模擬車輛在高原海拔4 500 m環(huán)境中起步加速過程中發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)變化情況，改變發(fā)動機(jī)的負(fù)載扭矩，也就改變了發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，進(jìn)而探究渦輪增壓器各參數(shù)的動態(tài)變化情況，為后續(xù)研究高原環(huán)境發(fā)動機(jī)動態(tài)響應(yīng)過程提供研究基礎(chǔ)。按圖5中三種加載條件進(jìn)行加載，其中自然特性加載階段選用不同的前傳動比，以更好地模擬液力變矩器的加載狀態(tài)，到達(dá)最高轉(zhuǎn)速點(diǎn)再進(jìn)行恒速加載，三種加載條件改變了加載過程中自然特性加載階段和恒速加載階段所占的比例。

2.1 發(fā)動機(jī)動態(tài)仿真分析

2.1.1 發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)過程分析

仿真從0 s開始，油門踏板在0.5 s內(nèi)從0迅速增加到100%，仿真計(jì)算時長為12 s。由于仿真平臺的特殊計(jì)算方式，仿真開始的短時間處于怠速階段，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在全程調(diào)速的方式下開始上升時，加載模塊按圖5中加載條件1開始加載。發(fā)動機(jī)響應(yīng)特性如圖8所示。

圖8 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、空燃比、噴油量、渦輪功率、進(jìn)氣壓力的響應(yīng)特性(加載條件1)

從圖8可以看出，在自然特性加載過程中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升到最大轉(zhuǎn)速，到了恒速加載階段，轉(zhuǎn)速在PID的控制下經(jīng)過小幅度波動后趨于平穩(wěn)。

在自然特性加載過程中，發(fā)動機(jī)的加載扭矩較小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高較快。在這個過程前期，進(jìn)氣壓力變化平緩，進(jìn)氣量小，空燃比一直沒能擺脫冒煙極限的約束，處于最低水平的極限空燃比18，噴油量也不能快速增加，發(fā)動機(jī)燃燒指示功較小；排氣能量較低，排氣背壓較小，不能使渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快速升高，增壓器幾乎沒有發(fā)揮作用，渦輪輸出的功率也比較小，導(dǎo)致壓氣機(jī)壓縮空氣的增壓比小，進(jìn)氣量小，又限制了供油量的增加，進(jìn)氣響應(yīng)滯后于燃油供給的響應(yīng)性，“氣不跟油”，渦輪增壓器得不到足夠的排氣的能量，增壓器作用效果不明顯。在自然特性加載后期，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，排氣流量得到提升，渦輪開始做功，增壓器發(fā)揮作用，進(jìn)氣量得到補(bǔ)充，雖然空燃比仍然處在冒煙極限限制空燃比，但噴油量隨著進(jìn)氣量明顯增加。

在恒速加載階段，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速處于最高轉(zhuǎn)速，隨著負(fù)載扭矩的增加，噴油量也快速增加。自然特性過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的快速提升使得排氣流量增大，增壓器發(fā)揮作用，為恒速加載過程中提供了較高的進(jìn)氣量，噴油量能夠快速增加，發(fā)動機(jī)排氣具備較高的能量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增速快，排氣能量給渦輪做功，渦輪功率較大，增壓器充分發(fā)揮增壓作用，進(jìn)氣壓力也快速上升；噴油量不受空燃比的約束，能夠根據(jù)扭矩的需求而變化，受發(fā)動機(jī)外特性油量的約束，當(dāng)噴油量達(dá)到外特性油量時便不再增加。

2.1.2 加載條件對發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)性的影響

按上述的仿真試驗(yàn)對圖5中三種加載條件進(jìn)行仿真，不同加載條件下發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)特性如圖9所示，其中t1，t2，t3分別為三種加載條件自然特性加載和恒速加載的切換時刻。

如圖9所示，由于三種加載條件的加載扭矩都落在同一點(diǎn)，仿真結(jié)束時，三種加載條件下發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)相同，且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，但不同的加載條件下各個參數(shù)在變化過程中具有較大的差異。如圖9a所示，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升的過程中，加載條件1相比其他兩種加載條件負(fù)荷小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高快。當(dāng)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，加載過程變?yōu)楹戕D(zhuǎn)速加載，加載條件1加載扭矩比較小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速仍在上升的階段，t1后，為了穩(wěn)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)加載扭矩不斷增加，且恒速加載扭矩比其他兩種條件快，為克服較大的加載扭矩，如圖9b所示，噴油量也增加得更快。如圖9d所示，相比其他兩種加載條件，條件1渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速更快，渦輪增壓器更快地發(fā)揮作用，進(jìn)氣壓力建立得更快，也能更快地達(dá)到最大噴油量，最早達(dá)到目標(biāo)扭矩值。加載條件2和3在自然特性加載過程中逐漸走向中高負(fù)荷區(qū)域，轉(zhuǎn)速升高得相對較慢，削弱了轉(zhuǎn)速升高建立進(jìn)氣流量的能力，噴油量增加緩慢。從圖9c可以看出，條件1最早擺脫了冒煙極限的限制，進(jìn)氣量充足，可以滿足噴油量的增加。

圖9 不同加載條件下的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油量、空燃比、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性

發(fā)動機(jī)以不同的加載條件從怠速開始加載，直至發(fā)動機(jī)各個參數(shù)達(dá)到平衡狀態(tài)，發(fā)動機(jī)在動態(tài)過程中各個參數(shù)的瞬態(tài)變化有明顯的差異。加載過程中，在發(fā)動機(jī)到達(dá)該動態(tài)過程的最高轉(zhuǎn)速前，發(fā)動機(jī)輸出扭矩大于加載扭矩，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高較快，到達(dá)最高轉(zhuǎn)速時刻的前一狀態(tài)，加載扭矩越低，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在下一狀態(tài)超過目標(biāo)值轉(zhuǎn)速差值越大，在加載扭矩的控制下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速很快平穩(wěn)，三種加載條件的發(fā)動機(jī)扭矩也在不同時刻達(dá)到目標(biāo)扭矩值。

2.2 加載條件對發(fā)動機(jī)動態(tài)過程參數(shù)的影響

從上述不同加載條件下發(fā)動機(jī)動態(tài)過程中各個參數(shù)隨時間變化的分析可知，在高原環(huán)境中發(fā)動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)性差，主要是因?yàn)檫M(jìn)氣量響應(yīng)滯后于噴油量的響應(yīng)。在發(fā)動機(jī)仿真的動態(tài)過程中，轉(zhuǎn)速和扭矩都是實(shí)時變化的，為了進(jìn)一步探究加載條件對瞬態(tài)性能的影響，對發(fā)動機(jī)參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行分析，如圖10所示。

圖10 渦輪功率、進(jìn)氣流量和噴油量隨轉(zhuǎn)速的變化

如圖10所示，仿真曲線分為兩個階段，第一階段是發(fā)動機(jī)參數(shù)隨轉(zhuǎn)速升高的變化過程，第二階段是各參數(shù)在恒定轉(zhuǎn)速下變化的過程。不同加載條件下這兩個階段所占的比例是不同的，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加階段加載扭矩大的加載條件此階段占的比例較大，恒轉(zhuǎn)速加載過程占的比例相對較少。理論上在恒轉(zhuǎn)速加載階段，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在2 200 r/min時，各參數(shù)的變化應(yīng)為一條垂直直線，圖中各參數(shù)在2 200 r/min附近小幅度水平波動，反映了發(fā)動機(jī)恒轉(zhuǎn)速加載的過程。

在同一個發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下，加載條件3排氣能量大，渦輪發(fā)出的功率多，增壓器具有更大的壓比，進(jìn)氣量大，因此發(fā)動機(jī)噴油量多。加載條件1在增速階段處于低負(fù)荷狀態(tài)，發(fā)動機(jī)可以更快達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，這種情況下，在自然特性加載的加速階段，由于克服扭矩所需噴油量少，所以發(fā)動機(jī)排氣的能量小，進(jìn)氣排氣壓力和流量相對較小；在恒轉(zhuǎn)速加載階段，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提升，排氣流量增加時增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速已經(jīng)很高，消除了增壓器滯后現(xiàn)象，可以快速提供較大的進(jìn)氣流量，噴油量能夠不受限制(冒煙極限)地快速上升，達(dá)到目標(biāo)扭矩值對應(yīng)的最大油量。

增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的變化率可以用于衡量渦輪增壓器的瞬態(tài)響應(yīng)性，圖11示出了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的變化率隨時間的變化曲線。

圖11 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的變化率

如圖11所示，二者的變化趨勢是相同的，峰值的時刻也是近似對應(yīng)的，排氣流量和進(jìn)氣流量有著相互影響的關(guān)系。自然特性加載階段(即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升的階段)，增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的變化率同時在緩慢上升，因此發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加對增加排氣流量、提高渦輪功率、縮短渦輪增壓器滯后具有重要的作用。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化率達(dá)到峰值時，發(fā)動機(jī)處于恒速加載階段，由于增壓器已介入，進(jìn)氣量增加，噴油量也迅速增加，負(fù)荷增大，排氣能量更高，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化率迅速增大且達(dá)到最大值，在渦輪增壓器的作用下，進(jìn)氣流量也相應(yīng)地變化。三種加載條件下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化率和進(jìn)氣流量變化率的峰值幾乎相同，其中條件1自然特性加載階段負(fù)載扭矩小，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高快，可提升排氣流量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣流量的變化率升高速度也更快，因此峰值到來的時間更早，加載條件1在解決渦輪增壓器響應(yīng)滯后的問題上效果更顯著。

由上述分析，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量主要受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量兩個因素影響，三種加載條件下發(fā)動機(jī)瞬態(tài)進(jìn)氣壓力隨轉(zhuǎn)速和噴油量的變化如圖12所示。

圖12 進(jìn)氣壓力隨轉(zhuǎn)速和噴油量的變化

從圖12可以看出，三種不同的加載條件下，發(fā)動機(jī)從怠速開始沿著不同的軌跡到達(dá)相同的最終狀態(tài)(即標(biāo)定轉(zhuǎn)速和大負(fù)荷工況)。對于條件1，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高的過程中，前期噴油量比較小，進(jìn)氣壓力也比較小，但是阻力小，發(fā)動機(jī)快速到達(dá)最高轉(zhuǎn)速，由于發(fā)動機(jī)排氣流量快速增加、增壓器滯后消失，發(fā)動機(jī)由低負(fù)荷增加到高負(fù)荷過程中，進(jìn)氣壓力和噴油量都得以迅速增加。對于條件3，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，由于負(fù)荷增加較快，因而在到達(dá)最高轉(zhuǎn)速前發(fā)動機(jī)已經(jīng)處于高負(fù)荷狀態(tài)，噴油量和進(jìn)氣壓力也隨之緩慢增加，此外由于在發(fā)動機(jī)提速初期噴油量受到空燃比限制，所以相對加載條件1而言，增壓器的滯后時間更長。圖12表明不同的加載條件導(dǎo)致發(fā)動機(jī)沿著不同的軌跡(轉(zhuǎn)速、噴油量和進(jìn)氣壓力)達(dá)到標(biāo)定點(diǎn)工況附近。以達(dá)到發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況為目標(biāo)，為提高渦輪增壓器的瞬態(tài)響應(yīng)性，可以改變發(fā)動機(jī)的加載條件，在低負(fù)荷階段提升發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，利用發(fā)動機(jī)排氣量的快速提升克服增壓器滯后現(xiàn)象，然后在高轉(zhuǎn)速下逐漸加載，以最短時間達(dá)到高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷狀態(tài)。

3 結(jié)論

a)以解決高原環(huán)境車輛起步加速過程發(fā)動機(jī)響應(yīng)性差的問題為目的，通過分析柴油機(jī)與變矩器的共同工作特性，提出了“自然特性和恒轉(zhuǎn)速”組合方式的測功機(jī)加載方式，建立了MATLAB/Simulink組合加載方式的仿真模型，實(shí)現(xiàn)了基于發(fā)動機(jī)性能分析軟件開展高原環(huán)境下加載條件對柴油機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)的影響研究；

b)通過三種不同的加載條件，從渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)性能參數(shù)兩方面分析了發(fā)動機(jī)在高原環(huán)境中瞬態(tài)響應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器是解決發(fā)動機(jī)在高原環(huán)境中動態(tài)響應(yīng)性差問題的關(guān)鍵；在變轉(zhuǎn)速增扭矩的瞬態(tài)變化過程中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量是影響進(jìn)氣流量的兩個重要因素；

c)給發(fā)動機(jī)施加不同的加載條件，發(fā)動機(jī)就有不同的運(yùn)行工況軌跡，在低負(fù)荷下快速提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，在高轉(zhuǎn)速下快速加載，能夠較快地建立起增壓壓力，達(dá)到發(fā)動機(jī)高速高負(fù)荷狀態(tài)。