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内燃机增压技术多元化教学模式改革

来源:内燃机与配件 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-07-30
作者:网站采编
关键词:
摘要:近年来,发达国家排放法规进一步收紧,随着缸内直喷和电控技术高速发展,新材料不断出现,内燃机增压技术得到飞速发展[1],柴油机两级增压、相继增压、可变喷嘴增压和电涡轮相

近年来,发达国家排放法规进一步收紧,随着缸内直喷和电控技术高速发展,新材料不断出现,内燃机增压技术得到飞速发展[1],柴油机两级增压、相继增压、可变喷嘴增压和电涡轮相继涌现出来,汽油机也实现了涡轮增压。世界能源危机也促进了我国内燃机增压技术的进一步发展,内燃机高效增压系统的开发是“十三五”期间内燃机行业的重要工作之一,加快内燃机行业的发展,对高等院校的人才培养提出了更高的要求,许多设有内燃机学科的高等学校都开设内燃机增压课程,为此内燃机增压课程需要多元化的教学模式。

一 《内燃机增压技术》课程的主要内容

《内燃机增压技术》是能源与动力工程专业的一门选修课程,主要讲述内燃机增压技术的发展现状,增压的基本概念;压气机和涡轮的结构、工作原理及其特性;排气能量的利用,从排气能量利用的角度出发讨论不同增压方式及其影响因素;增压系统基本热力参数的确定方法;柴油机与涡轮增压器匹配,深入讨论降低热负荷、机械负荷的措施及联合运行线的调节;高增压系统和改善低工况性能的增压系统;增压柴油机热力过程模拟等。增压技术改善发动机的动力性能、经济性能和排放性能,能提高发动机的升功率[2]。

二 内燃机增压技术课程多元化教学模式的改革思路

(一)以教师讲授为主,采取多媒体和板书相结合的方式。通过学习,学生根据给定的柴油机基本性能参数,实现涡轮增压器和柴油机的优化匹配,通过涡轮增压器及联合运行线的调节,实现柴油机动力性能、经济性能和排放性能的最佳[3,4]。

在教学内容上主要体现在以下几个方面:

(1)重视基础知识的学习

熟练掌握基础知识,理解好每一个概念,比如增压比、滞止压力、增压度、速比、等熵效率等概念[5];以及涡轮相似流量、膨胀比和增压比的确定方法。

(2)发动机运行线与压气机特性线的匹配

确定压气机和涡流的流量(相似转速)、增压比、转速(相似转速)膨胀比和等熵效率,使柴油机的运行线在压气机的高效率区,并实现运行线与压气机特性线的调节。

(3)改善发动机的低速性能

将柴油机的低速性能匹配较好,高速工况采用废气旁通的方法降低压气机的转速,避免压气机超载。为了改善高工况的经济性,提出了可变截面涡轮增压系统,能在保证高速经济性的同时增大低速扭矩。

(4)内燃机增压最新技术的发展

随着科技的不断进步,出现了可变增压技术和两级增压技术,可变增压技术在整个工况内实现发动机与涡轮增压器的最佳匹配,同时能改善发动机的瞬态性能;两级增压能大幅度提高柴油机的升功率,实现高增压。

(二)利用GT-SUITE软件与发动机增压技术的有机结合,解决内燃机增压中的各种科学问题,将发动机性能仿真软件GT-SUITE引入到教学中,完成发动机与增压器的匹配。利用该软件能快速地实现涡轮增压器、中冷器和发动机的最佳匹配,并且适用于可变喷嘴增压、两级增压、相继增压等[6-8]。以两级增压为例,在GT-suite中建立发动机零件脉谱,包括进排气系统、燃烧系统、曲柄连杆机构、配气机构等,根据发动机设计知识和实验数据,输入所有相关参数,然后匹配上高、低压级增压系统,并实现增压后中冷,图1是建立的两级增压柴油机的GT-suite模型,图2和图3是高、低压级压气机与发动机联合运行线的模拟结果。从图中可以看出,发动机运行线与压气机特性线有很好的匹配,发动机运行线分布在压气机的高效率区,还可以通过调整GT-suite模型中压气机和涡轮机的流量(相似流量)、等熵效率、增压比(膨胀比)和转速(相似转速)等参数,获得发动机运行线与压气机特性线的最佳匹配。

图1 两级增压柴油机的GT-suite模型

图2 高压级压气机

图3 低压级压气机

(三)应用网络教学平台,完成课程资源和课程活动。与学生进行课后讨论、在线测试和课后作业等环节的教学活动。充分利用业余时间,加强学生的课后学习环节。图4是内燃机增压技术网络教学平台界面。

图4 内燃机增压技术网络教学平台界面

网络平台可以实现如下功能:

(1)能实现学生权限管理、学生分组管理。

(2)能实现课程间的资源共享。

文章来源:《内燃机与配件》 网址: http://www.nrjypj.cn/qikandaodu/2020/0730/396.html



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