Effects of Pulsating Flow on Mass Flow Balance and Surge Margin in Parallel Turbocharged Engines

Abstract

The paper extends a mean value model of a parallel turbocharged internal combustion engine with a crank angle resolved cylinder model. The result is a 0D engine model that includes the pulsating flow from the intake and exhaust valves. The model captures variations in turbo speed and pressure, and therefore variations in the compressor operating point, during an engine cycle. The model is used to study the effect of the pulsating flow on mass flow balance and surge margin in parallel turbocharged engines, where two compressors are connected to a common intake manifold. This configuration is harder to control compared to single turbocharged systems, since the compressors interact and can work against each other, resulting in co-surge. Even with equal average compressor speed and flow, the engine pulsations introduce an oscillation in the turbo speeds and mass flow over the engine cycle. This simulation study use the developed model to investigates how the engine pulsations affect the in cycle variation in compressor operating point and the sensitivity to co-surge. It also shows how a short circuit pipe between the two exhaust manifolds could increase surge margin at the expense of less available turbine energy.

Modelo matemático de un plenum para obtener las características dinámicas del flujo másico de un turbocargador

“…En la Figura 6, se presenta la implementación del sistema general de un plenum, donde se relacionan las características geométricas del sistema, plasmada por medio de las Ecuaciones 3, 5 y 14. Estas características describen el comportamiento dinámico del flujo del compresor, la presión que se presenta en el plenum y las relaciones físicas internas de los componentes rotativos que conforman los componentes del compresor, desde la potencia que libera el fluido en el que se relaciona la entalpia que entrega el mismo teniendo muy presente las pérdidas hasta la trasferencia de calor que es el caso de las entalpias específicas incluyendo las pérdidas incidentes y por fricción [46][47][48]. Estas últimas juegan un rol importante en la configuración de las características del compresor y en la determinación de la región de funcionamiento estable y de régimen del compresor.…”