柴油機(jī)與渦輪增壓器的匹配演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四柴油機(jī)與渦輪增壓器的匹配現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

1.與內(nèi)燃機(jī)匹配的渦輪增壓器要求：（1）滿足內(nèi)燃機(jī)所需的增壓壓力和空氣流量；（2）穩(wěn)定工作，不發(fā)生喘振或堵塞（3）聯(lián)合運(yùn)行線穿過(guò)壓氣機(jī)高效區(qū)（平行）；（4）渦輪增壓器可靠工作，不超速，不超溫?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

2.內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓的匹配內(nèi)容

內(nèi)燃機(jī)與壓氣機(jī)；內(nèi)燃機(jī)與渦輪；壓氣機(jī)與渦輪現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四2.1壓氣機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的匹配現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

發(fā)動(dòng)機(jī)與壓氣機(jī)良好匹配特征：

效率：內(nèi)燃機(jī)特性線穿過(guò)壓氣機(jī)的高效區(qū)，且最好使內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行線與壓氣機(jī)等效線相平行，

喘振裕度：應(yīng)防止內(nèi)燃機(jī)耗氣特性線處于壓氣機(jī)的低效區(qū)或過(guò)于接近喘振線，甚至穿過(guò)喘振線，一般要求內(nèi)燃機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)的耗氣特性線離開(kāi)喘振線的距離約為10%的喘振流量。良好匹配的MAP圖是什么樣子？現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

2.2渦輪與內(nèi)燃機(jī)的匹配渦輪功率與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、壓力直接相關(guān)內(nèi)燃機(jī)與渦輪匹配是否良好主要看渦輪流通能力的選擇是否合適：

渦輪流通特性線上標(biāo)上內(nèi)燃機(jī)工作特性線，如果內(nèi)燃機(jī)工作線偏離該型號(hào)渦輪的流通特性線，則選擇較大型號(hào)或較小型號(hào)的渦輪；如果內(nèi)燃機(jī)和渦輪二者流通特性相差不大，則可變換渦輪噴嘴環(huán)面積來(lái)改變渦輪的流通能力，現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

2.3壓氣機(jī)與渦輪的匹配流量守恒：轉(zhuǎn)速相等：功率平衡：現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

3.渦輪增壓器與柴油機(jī)配合運(yùn)行點(diǎn)的確定問(wèn)題：如何根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況以及渦輪增壓器幾何確定兩者的配合運(yùn)行點(diǎn)？

功率平衡:式中，β——脈沖渦輪功率放大系數(shù)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

通過(guò)渦輪的流量：式中，αT——脈沖系統(tǒng)流量縮小系數(shù)；ρTm——渦輪前平均燃?xì)饷芏龋沪譚——通流函數(shù)?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四渦輪流量渦輪膨脹比壓氣機(jī)壓比現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

4.渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)配合特性分析

渦輪增壓器與柴油機(jī)的配合特性曲線指的是二者聯(lián)合運(yùn)行的工作線。

分析匹配優(yōu)劣的主要方法：

將內(nèi)燃機(jī)耗氣特性線疊合到離心式壓氣機(jī)特性線上去，根據(jù)兩組特性線的相對(duì)位置來(lái)進(jìn)行分析研究。

什么是內(nèi)燃機(jī)耗氣特性線？現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

渦輪增壓器與柴油機(jī)的配合特性線1――柴油機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的等轉(zhuǎn)速線；2――柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線；3――柴油機(jī)外特性線；4――柴油機(jī)按螺旋槳特性工作的運(yùn)行線

現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四曲線1是柴油機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的等轉(zhuǎn)速線。柴油機(jī)在這個(gè)標(biāo)定轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的增大，廢氣能量增加→nTk↑↑→πk↑↑→pz↑；柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)的pemax受到nTkmax、pz和TTmax的限制。曲線2是柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線。這時(shí)廢氣能量很小，所以πk和mk都較小。Pe受到排氣冒煙極限的限制，而且pe↑→運(yùn)行線愈接近喘振線，此時(shí)應(yīng)防止其穿過(guò)喘振線而落入不穩(wěn)定工作區(qū)?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四曲線3是柴油機(jī)外特性線。這時(shí)保持噴油量為最大值，隨著n↓→mT↓→πk、pk↓，循環(huán)供油量仍保持最大值，故排溫TT較高，nTk和pk下降相對(duì)地較緩慢，故n↓→mk↓。此時(shí)運(yùn)行線易穿過(guò)喘振線。曲線4是按螺旋槳特性工作的運(yùn)行線。它處于外特性運(yùn)行線3和等轉(zhuǎn)速運(yùn)行線1之間。

現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四渦輪增壓柴油機(jī)的“傘形”運(yùn)行范圍現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四一個(gè)好的匹配需要滿足以下要求性能好的低速轉(zhuǎn)矩好的外特性油耗（BSFC）排煙小排放好加速性好高海拔裕量增壓器不超速增壓器不過(guò)熱滿足機(jī)械方面的要求滿足所有工況下的轉(zhuǎn)速、葉輪效率和溫度限制滿足增壓度要求和整體密封性要求性能轉(zhuǎn)速匹配結(jié)果評(píng)價(jià)現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

5.渦輪增壓器與柴油機(jī)配合特性線的調(diào)整(1)壓氣機(jī)喘振的調(diào)整①增壓器和柴油機(jī)的流量不匹配，增壓器的流量偏大：可選小一點(diǎn)型號(hào)的渦輪增壓器，使運(yùn)行線脫離喘振線；②壓氣機(jī)和渦輪不匹配，壓氣機(jī)通流能力過(guò)大或渦輪通流能力過(guò)小，致使壓氣機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)：

a.加大渦輪噴嘴環(huán)喉口面積或動(dòng)葉喉口面積

b.減小壓氣機(jī)喘振流量渦輪噴嘴變化現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四③柴油機(jī)方面的原因引起壓氣機(jī)喘振。如掃氣箱容積過(guò)小，其中壓力波動(dòng)過(guò)大；壓氣機(jī)輸氣管、中冷器、柴油機(jī)通流部分或渦輪進(jìn)氣管的阻力過(guò)大等等，都可能引起運(yùn)行線穿越喘振線。

現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

用箭頭符號(hào)表示比正常值偏高(↑)或偏低(↓)。a.nTk、pk、pT、pT0、TT值均正常，如發(fā)生喘振，可能是壓氣機(jī)和渦輪匹配不當(dāng)，即壓氣機(jī)喘振流量太大或渦輪的通流能力太小。測(cè)取mk值，利用壓氣機(jī)特性線即可區(qū)分是壓氣機(jī)還是渦輪方面的原因造成喘振。b.pk↓,ps↓,pT↓,TT↓,喘振可能是壓氣機(jī)污染、結(jié)垢后，流動(dòng)阻力增加等引起的。c.(ps－pT)↓,pT↓,TT↓,發(fā)生喘振的原因可能是柴油機(jī)通流部分阻力過(guò)大或有漏泄。d.(pk－ps)↑,pT↓,TT↑，喘振可能是中冷器阻力過(guò)大引起的

現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四（2）渦輪增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力的調(diào)整

pk∝nTk，因此，nk和pk的調(diào)整方法一致：減小渦輪噴嘴環(huán)面積，使渦輪前燃?xì)饽芰吭跍u輪中的焓降增加；廢氣旁通閥；在壓氣機(jī)出口旁通高壓氣體?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四廢氣旁通閥結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四springforce彈力調(diào)節(jié)器空氣壓力廢氣壓力排氣歧管或渦殼進(jìn)氣通道現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四可變幾何噴結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四有葉噴嘴變截面渦輪示意圖現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

(3)渦輪前燃?xì)鉁囟鹊恼{(diào)整TT渦輪前的燃?xì)鉁囟萒T是廢氣能量大小的重要標(biāo)志，若TT過(guò)低，則能量不足；若TT過(guò)高，會(huì)燒壞渦輪葉片。

①減小渦輪噴嘴環(huán)截面積；②減少掃氣重疊角，降低掃氣效果；③增加循環(huán)供油量，延長(zhǎng)供油持續(xù)時(shí)間，減小供油提前角增加后燃持續(xù)期；現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

6.增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷及解決途徑（1）增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷問(wèn)題增壓后，壓氣機(jī)出口溫度升高：

增壓比為1.6~1.7時(shí)，約為100℃

增壓比為2.5時(shí)，約為140℃~160℃

壓縮始溫的增加，造成柴油機(jī)工作循環(huán)各特征點(diǎn)溫度提高，排溫升高，缸蓋“鼻梁”區(qū)開(kāi)裂，活塞環(huán)燒結(jié)，卡死、活塞熱裂、渦輪轉(zhuǎn)子熱負(fù)荷過(guò)大損壞等

試估算壓縮溫度：壓比為2.5，效率為0.8，環(huán)境溫度為約27度現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四（2）降低熱負(fù)荷的主要措施

a.適當(dāng)增大進(jìn)、排氣門重疊角

b.增大疊開(kāi)期內(nèi)的進(jìn)、排氣壓差：c.合理設(shè)計(jì)配氣凸輪；擴(kuò)大進(jìn)排氣門面積；

d.增壓中冷；

e.強(qiáng)化冷卻系統(tǒng)：改善冷卻系統(tǒng)工作條件：水泵流量、轉(zhuǎn)速；散熱器散熱面積；風(fēng)扇直徑、轉(zhuǎn)速；風(fēng)扇葉片角等；f.改善供油系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)，保證燃燒在上止點(diǎn)附近完成，使燃燒效率較高，后燃較少，排氣溫度低現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

7.增壓柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷及解決途徑（1）增壓柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷問(wèn)題

柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷是由最高燃燒壓力pemax和最大壓力升高比λ來(lái)反映

最高燃燒壓力pemax和壓氣機(jī)出口壓力關(guān)系式：

pemax=λεnpbλ為壓力升高比，一般λ＝1.3～2.2，如果取λ=2，ε＝16，n＝1.36，則pmax≈86.8pb增壓后最高燃燒壓力將顯著增大!現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四（2）降低機(jī)械負(fù)荷的途徑：

a.適當(dāng)降低壓縮比；b.調(diào)整渦輪增壓器：

c.適當(dāng)減小供油提前角：

d.優(yōu)化供油系統(tǒng)：

pemax=λεnpb現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四

8.渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性扭矩系數(shù)Jm是發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩Me,max和額定扭矩Me的比值，即：Jm=Me,max/Me

目前增壓機(jī)Jm=1.15～1.30左右，和非增壓機(jī)大致相當(dāng)。

(2)轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)Jn：發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne和最大扭矩轉(zhuǎn)速nme,max的比值，即Jn=ne/nme,max。

(3)扭矩適應(yīng)性系數(shù)J是扭矩系數(shù)Jm與轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)Jn的乘積，即：J=Jm*Jn，現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四扭矩適應(yīng)系數(shù)值愈高，則發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性愈好，表示發(fā)動(dòng)機(jī)在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有良好的扭矩特性，提高了車輛的機(jī)動(dòng)性能；

目前，一般車用柴油機(jī)渦輪增壓后，其最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速要比非增壓時(shí)有所增加，也即轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)降低現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四(2)影響扭矩特性的主要因素

a.平均有效壓力pe

在同一臺(tái)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，pe值低，即強(qiáng)化水平低，則α值高時(shí)，Jm值增加；反之，pe增加，α下降，Jm值減小。b.增壓壓力pk

在pe相同的情況下，選擇的pk值愈高，α增加，則Jm的值也愈大。

c.渦輪增壓器效率ηTk渦輪增壓效率ηTk愈高，則Jm的值也愈高。因?yàn)棣荰k高時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)可得到較高的pk值和較大的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣壓差，從而可保證較高的扭矩。

現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四d.設(shè)計(jì)點(diǎn)的選擇

渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)，如選擇高速配合，即選擇發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，則在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩處的pk值會(huì)下降過(guò)多，扭矩特性顯著變壞；如選擇低速配合，即選擇發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速為設(shè)計(jì)點(diǎn)，則可保證低速時(shí)具有較高pk值，但發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)pk過(guò)高，增壓器將出現(xiàn)超速。實(shí)際選擇的設(shè)計(jì)點(diǎn)往往是在上述二者之間，一般推薦的設(shè)計(jì)點(diǎn)轉(zhuǎn)速為nD=(0.6～0.8)ne(額定轉(zhuǎn)速)?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四e.氣缸數(shù)的影響同一系列的發(fā)動(dòng)機(jī)，12缸機(jī)比8缸機(jī)的扭矩特性好，6缸機(jī)的比4缸機(jī)的Jm要高些，這是3缸連接一根排氣管時(shí)，脈沖能量利用較好的緣故。f.增壓方式一般來(lái)說(shuō)，脈沖增壓比定壓增壓的扭矩特性要好些，這是因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，脈沖能量的利用程度提高。g.燃燒室型式渦輪增壓柴油機(jī)采用直噴式燃燒室的扭矩特性較好，半開(kāi)式燃燒室次之，而球形燃燒室的較差?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有39頁(yè)\編輯于星期四(4)提高渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的途徑①采用脈沖增壓系統(tǒng)或MPC系統(tǒng)；②采用小型高效率的徑流渦輪增壓器，以最大扭矩點(diǎn)作為增壓器的設(shè)計(jì)點(diǎn)，使最大扭矩點(diǎn)落在壓氣機(jī)高效區(qū)內(nèi)；③采用渦輪增壓器的調(diào)節(jié)方法，可有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩性能。一般在柴油機(jī)上采用可變截面噴嘴環(huán)的