【摘 要】
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传统废气涡轮增压技术在改善柴油机经济性和动力性方面有着一定的优势。但因其废气流通截面固定，无法满足全工况下柴油机的进气需求。相继增压技术能够扩大柴油机运行范围，在一定范围内可以提高柴油机转矩和降低燃油消耗率。而可变截面涡轮增压器（VGT）可通过调节喷嘴环开度改变废气流通截面改善增压压力，提高低工况下柴油机的部分性能。
本文以型号为GTB15可变截面涡轮增压器（VGT）、M12增压器为研究对象。通过GT-Power仿真软件将原机改造成带有VGT的相继增压柴油机模型，并对其进行了仿真计算和分析研究。
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传统废气涡轮增压技术在改善柴油机经济性和动力性方面有着一定的优势。但因其废气流通截面固定，无法满足全工况下柴油机的进气需求。相继增压技术能够扩大柴油机运行范围，在一定范围内可以提高柴油机转矩和降低燃油消耗率。而可变截面涡轮增压器（VGT）可通过调节喷嘴环开度改变废气流通截面改善增压压力，提高低工况下柴油机的部分性能。
本文以型号为GTB15可变截面涡轮增压器（VGT）、M12增压器为研究对象。通过GT-Power仿真软件将原机改造成带有VGT的相继增压柴油机模型，并对其进行了仿真计算和分析研究。
首先描述柴油机缸内燃烧过程的数学模型，对柴油机原机试验台架进行设计与搭建，再根据TBD234V6柴油机基本结构参数和边界条件利用GT-Power软件建立原机模型，并利用原机试验数据对建立的模型进行验证分析，获得精准模型，为之后整机改造奠定基础。
其次改造原机模型中增压系统建立带有VGT的相继增压柴油机整机模型并利用已知参数及GT-Power软件内置优化算法，研究带有VGT的相继增压柴油机的流量特性和效率特性，并利用仿真软件建立基于VGT喷嘴环开度的PID控制模型，计算分析最佳喷嘴环开度取值。取1TC运行模式下工况点，探究VGT最佳开度与固定开度对柴油机部分性能影响，结果表明在最佳开度下，扭矩、燃油消耗率、压气机效率等方面性能明显优于固定开度。
最后根据船用柴油机螺旋桨特性进行增压器的选配计算，确定1TC（GTB15可变截面涡轮增压器单独运行）和2TC（GTB15和M12两台增压器同时运行）运行区间，并以经济性最优原则确定柴油机的切换点为40%负荷，转速1105r/min，1TC切入2TC时，VGT开度由0.2调整为0.26。同时探究柴油机在1TC/2TC两种运行模式下，不同喷嘴环开度对柴油机增压压力和进气质量流量的调节特点，计算分析柴油机在1TC/2TC两种运行模式下对经济性和动力性影响，结果表明大多数工况下，转矩随喷嘴环开度变化时，存在一个最佳的VGT开度使得转矩最大，且燃油消耗率也最低。
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