国外内燃机
2014年第2期
Daimler公司重型商用车柴油机废气涡轮增压器的开发
[德】E.Chebli M.Miller J.Leweux A.Gorbach
摘要：将增压系统与整机燃油耗及废气排放等方面的特殊要求进行匹配是发动机开发工作的核心部分之一，其中必须考虑增压系统的耐久性和效率。因此，在开发新一代重型商用车荣油机系列的同时，Daimler公司开始着手废气涡轮增压器的开发，目标是开发出能在燃油耗、废气排放和经济性等方面与整机实现完美医配的废气涡轮增压系统。
关键词：重型商用车柴油机废气涡轮增压器燃油耗
0前言
自20世纪60年代起，研究人员在量产商用车柴油机上应用废气涡轮增压对燃烧空气进行预压缩，到70年代末期，增压技术占领了轿车柴油机领域，同时也开始在商用车上应用不同的增压系统，其中最重要的部件是带调节阀的双流道涡轮、两级增压和可变截面涡轮增压器（VGT）。Daimler公司较大排量等级的商用车柴油机因应用非对称双流道废气涡轮增压器，实现了极其有效的废气再循环(EGR)。借助于这种具有专利权的技术，可以放弃应用对效率、品质和经济性不利的VGT。此外，这种技术方案有助于Daimler公司商用车柴油机在燃油耗、耐久性和满足未来废气排放法规等方面的竞争中处于领先地位。
为了达到上述目标，应尽早将废气涡轮增压器开发与整机并发相结合，并充分利用涡轮增压器的自由度。同时，必须深刻了解往复活塞式发动机与涡轮机之间的相互作用，使这两种机组的结合能够达到最佳的效果。分别调整废气涡轮增压器与发动机的挑战在于，对于发动机总体方案中的增压系统而言，市场上供应的废气涡轮增压器标准部件并非是最佳选择。特别是在商用车领域，因为与轿车领域相比，其产量较少，因而只有极少的增压器制造商将商用车增压器包含在其业务范围内。
Daimler公司对这种状况进行评估后，自2006 年起为其较大排量等级的商用车柴油机系列开发了一种独有的废气涡轮增压器。该废气涡轮增压器在德国曼海姆工厂生产，2013年首次配装在Freight linerCascadia车上，构成内部型号为OM472的重型商用车柴油机涡轮增压-中冷系统"。专门按照发动机要求匹配的非对称废气涡轮增压器与其他发
万方数据
动机措施相结合，在车型更换中仅通过优化发动机，就能获得4%的行驶燃油耗优势。随着近几年重型商用车柴油机系列的发展，这种自主研发的废气涡轮增压器将得到进一步的应用。
以下将介绍开发废气涡轮增压器的过程，此外，还将介绍基本的增压方案，涡轮增压器的设计方案，
以及量产产品的机械可靠性。 1非对称废气涡轮
此次开发要求发动机全负荷时的EGR率必须高达35%，特别是在主要的行驶范围内必须达到最高的增压效率，并且，必须确保废气涡轮增压器的使用寿命超过100万km，此外，还要求发动机方案具有极高的经济性。因此，Daimler公司决定在排量分别为10L和15L的直列6缸柴油机上采用具有专利权的非对称双流道涡轮增压方案，同时通过双流道涡轮与发动机的相互协调来确定EGR量，并且，涡壳的双流道（第1-3气缸组)能使废气流产生高的动压头（图1)。
如图1所示，发动机第1-3气缸组提供输送废气所需的扫气压差（ps1一pzo），从而使部分废气流通过 EGR管路流经EGR冷却器，被输送到发动机进气侧，而该气缸组的其余废气则流人涡轮中被分成2 个流道的EGR管路。在涡轮进口处，将第4-6气缸组的废气流与第1-3气缸组的废气流隔开，所有废气通常能以较低的压比（ps:至p：）流经涡轮中较大的流道（ps）。因而，非对称双流道固定几何截面涡轮方案原则上能以有利的换气效果（p2o一pM>0； Psm为2个气缸组在涡轮入口处的平均压力)提供实现高压EGR的可能性，与其他EGR增压系统相比更具节油潜力。在OM460型商用车柴油机上，首