《车辆发动机废气涡轮增压》第六章

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1、第六章发动机与涡轮增压器的匹配涡轮增压技术1发动机与涡轮增压器的匹配?引言?柴油机与涡轮增压器的流量特性?发动机与涡轮增压器匹配的基本算法?发动机与涡轮增压器匹配的试验法增压中冷增压器的调节2引言由于往复式机械的空气质量流量的范围很宽，故非增压柴油发动机有效速度范围也是很宽的。而涡轮机械的只有在设计流量时，气流角度才能与涡轮机械各部分叶片结构角度相适应。如果流量偏离设计点，就会出现由于气流的分离所造成的倾角损失。这些损失将随着倾角偏差的增大而增长，因此，涡轮机械不可能充分适应柴油机宽流量范围运行的要求。但是另一方面，涡轮机械的设计参

2、考点效率较高，小的结构尺寸下却可通过较高质量比流量的流体，所以把它们用作增压器。---柴油机与增压器的流动特点3引言特性曲线形状完全不同的涡轮机械和往复式机械联合起来运行，必须要进行非常周密细致的工作。对于几何参数不可变的增压器来说，涡轮增压器仅和发动机在运行范围内的某个特定参考点有最优匹配。如果发动机要求在很宽的转速和负荷范围内运行，在匹配涡轮增压器时，就要选择一种折衷的方案，该方案应能使发动机在最重要的点达到最优匹配，在其它点达到比较合适的匹配。---柴油机与增压器的匹配特点(1)4引言为了改善匹配性能，除优化增压器的设计参数外，还要

3、改变发动机的设计。这类改变包括燃油喷射系统的调整、气门流通面积及配气正时的改变等。一般而言，转速范围窄且增压程度低的柴油机与废气涡轮增压器匹配良好相对容易些，但是对于高转速发动机和增压程度较高的发动机，匹配问题就比较复杂。有时为获得良好的匹配，不得不采用较为复杂的结构如旁通放气阀、可变喷嘴涡轮等。---柴油机与增压器的匹配特点(2)5引言涡轮增压器基本尺寸的大小由发动机要求的进气量决定。进气量又是各种参数，如气缸排量、转速、进气管中的空气密度，容积效率以及扫气流量等的函数。在不考虑扫气的情况下，四冲程发动机的进气流量的计算公式如下所示。从

4、上述公式可以清楚地看出，通过增压或者增压中冷，增加发动机的进气密度是增加发动机进气量的有效办法。---柴油机与增压器的匹配特点(3)6柴油机与涡轮增压器的流量特性如果发动机在定转速下运行并平稳地增加负荷，那么，空气质量流量将近似地随着充气密度的增加而增加。进入发动机的气流特性曲线可以与涡轮增压器的压气机特性曲线叠绘在一起，曲线的斜率取决于气流密度。---(1)7柴油机与涡轮增压器的流量特性随着发动机转速的增加，空气流速随着增加，而涡轮增压器的涡轮有效流通面积几乎保持不变，所以涡轮的进气压力将上升，涡轮功增加，增压器转速增加，压气机的出口压

5、力也随着增加了。这样一来，发动机的等负荷线将不处于压气机特性曲线图中的水平位置，而是随着发动机转速的提高而向上倾斜。类似的道理等转速线向右倾斜。---(2)8柴油机与涡轮增压器的流量特性如果要了解发动机在整个转速和负荷范围内运行的情况，那么可将发动机运行范围的等速和等负荷线绘制在压气机特性曲线中。发动机的整个特性曲线必须处在压气机的喘振边界、低效率边界和增压器的超速边界之间。---(3)9柴油机与涡轮增压器的流量特性压气机的喘振边界与发动机运行线最接近点间的间隔余量的确定必须充分考虑下面三个因素：1)虽然平均流量的位置并不接触特定的喘振线

6、，但由于进气系统中的脉动，很可能诱发喘振。2)如果空气滤清器在使用中严重阻塞，流入发动机的空气流量将减少，混合气变浓，涡轮前温度升高，所以增压压力不可能下降，因此，发动机运行线就会向喘振线方向少许移动。3)如果发动机在高原运行，由于高原运行时，压气机压比代偿性上升，其运行线将向喘振线方向作较多的移动。---(4)10柴油机与涡轮增压器的流量特性就一般情况而言，压气机喘振线与发动机运行线最近点的间隔余量最少应为10%。对气缸数较少的发动机，某些时刻要求此间隔余量为20%。---(5)11柴油机与涡轮增压器的流量特性涡轮增压器的涡轮能有效地在

7、比压气机宽得多的质量流量范围下运行。所以一般不将发动机的耗气特性绘在涡轮流量特性上。还有另外一个问题就是，如果涡轮运行在气流极不稳定的脉冲系统中，那么把发动机气流的“平均”流量绘制在涡轮特性曲线图上将不能反映真实的情况，会使人产生很大的误解。而要精确的测定发动机在涡轮特性曲线图上的运行区域，就要求在发动机运行条件下的整个范围内绘制废气流量和膨胀比的瞬时值曲线，而要想精确的测量这些瞬时数据是非常困难的。---(6)12柴油机与涡轮增压器的流量特性涡轮的喷嘴环或涡壳控制着涡轮的有效流通面积。因此，涡轮的有效流通面积的改变是可以通过调整上述的元

8、件来实现的。---(7)13柴油机与涡轮增压器的流量特性如果减小涡轮的流通面积，那么压气机的出口压力和质量比流量将增大，由于充气温度也跟着上升，所以增压压力上升的比例较空气质量比流量上升比例要