内燃机增压技术多元化教学模式改革

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。

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