增压器与内燃机的匹配课件

第三章：增压器与内燃机的匹配匹配原则和基本方法车用内燃机增压特点第三章：增压器与内燃机的匹配匹配原则和基本方法增压器与内燃机的匹配

——应用研究增压器的初选联合运行线的调节Zinner图热负荷机械负荷增压器与内燃机的匹配

——应用研究增压器的初选匹配对象优化增压器和发动机的联合工作性能选择压气机，以提供燃烧所需的适量空气，并满足：在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的效率高海拔裕量合适的喘振边界选择涡轮机，以驱动压气机，并满足：无废气放气阀时兼顾低速高功率要求和最大气缸爆发压带废气放气阀时在尽可能低的排气背压下，优化发动机的低速功率。3匹配对象优化增压器和发动机的联合工作性能3匹配工作的组织最佳压气机最佳涡轮机满足高海拔要求满足机械强度要求满足整机密封性要求性能开发目标发动机规格发动机测试数据构造数据压气机特性曲线涡轮机特性曲线满足客户需求的产品4匹配工作的组织最佳压气机最佳涡轮机满足高海拔要求满足机械强度几个阶段1.初选（压气机）来自市场的开发目标获得充分的发动机和增压器信息；确定从技术层面上考虑的候选增压器2.计算联合运行线仿真分析增压器和发动机匹配的外特性3.实验调整满足排放法规条件下:低速动力性；燃油经济性；整车匹配：加减速响应特性可靠性；定型产品认证；生产一致性认证；技术开发层面产品开发层面5几个阶段1.初选（压气机）2.计算联合运行线3.实验调整定型主要步骤搜集客户数据计算发动机所需的空气量Step1Step2按压气机条件修正流量Step3在压气机特性图上标出数据点Step3基于功率平衡计算所需的涡轮Step4在涡轮机特性图上标出数据点Step4验证系统的机械强度Step5开始选择压气机选择涡轮机机械强度校核6主要步骤搜集客户数据计算发动机Step1Step2匹配方法概览传统方法手工绘制特性图手工查找简单计算信函传送新方法计算机生成特性曲线图计算机自动查找数据库在计算平台上进行计算通过email或WWW传送数据7匹配方法概览传统方法7匹配方法匹配方法Step2-3,计算方法

(选择压气机)Step2-3,计算方法

(选择压气机)计算步骤根据增压度要求，计算目标平均有效压力peλ＝Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn)选取千瓦时空气消耗量gk及k，计算gk/kgk＝Gk/Ne*3600(kg/kw.h)四冲程：5.85-7.5其中水冷：5.86-6.8,ge高和大时取大值，n大取小值根据pe和gk/k，查图得到pk/p0由发动机参数计算容积流量iVhnk选定工况点一般用最常用工况点，如发动机70%和100%额定转速最大负荷点10计算步骤根据增压度要求，计算目标平均有效压力pe根据pe和g查图得到Gk在压气机特性曲线上标出点（Gk，pk/p0)依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器11查图得到Gk在压气机特性曲线上标出点（Gk，pk/p0)依据计算公式的推导：

1)建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间的关系 0.9（气门叠开角0-30CA） 1.0（…………50-70CA） 1.1（………100-140CA）k表征4冲程柴油机每分钟容积流量的参数常数？12计算公式的推导：

1)建立增压后标定点空气量Gk和压比pk（续）？13（续）？132)为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成图142)为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成3)建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系gk/k是建立强化程度和外在性能的桥梁常数153)建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系gk/k4)为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图164)为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图对3个关键点的检查依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器17对3个关键点的检查依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适求解联合运行线

（Step4:选择涡轮机及优化整机性能）求解联合运行线

（Step4:选择涡轮机及优化整机性能）联合运行线反映了匹配运行时的综合情况，可用来判断匹配是否合适外特性19联合运行线反映了匹配运行时的综合情况，可用来判断匹配是否合适联合运行线计算过程概览平衡条件功率平衡Nk=NT流量平衡GT=Gk+Gf转速平衡nT＝nk计算方法－简单迭代在压气机特性曲线上任取一点，得到Gk和pk根据平衡条件和发动机流通特性曲线等条件计算出新的平衡点（Gk’，pk’）迭代计算直到这一点平衡选取新的点重复上述步骤选5-6点得出一条联合运行线……20联合运行线计算过程概览平衡条件流量平衡GT=Gk+求解平衡运行线一、平衡条件1.功率平衡Nk=NT2.流量平衡3.转速平衡nT=nk21求解平衡运行线一、平二、求解步骤确定已知条件大气条件p0,T0;中冷器效率c；(中冷器冷却水的平均温度Tw，中冷器压力损失△p；)涡轮喷嘴环出口面积F；涡轮出口平均直径D；发动机参数。初选增压器，得到压气机特性和涡轮特性在压气机特性曲线上按增压器标定转速任取一点A，得到Gnp，pk/p0,nnp,k，求得Y求TkTk＝T0(Y＋1)(求中冷后的温度Tk’和压力pk’)Pk/p0GnpA22二、求解步骤确定已知条件求TkPk/p0GnpA22(求冷却后的折合流量)在涡轮机侧：根据流量平衡，可以由Gk计算出GT，然后根据经验数据选取初始TT，可由上式计算出p0’/pT设排气背压p0’＝p0,得T＝pT/p0由T和nT（nnp）在涡轮流通特性图上得到T23(求冷却后的折合流量)根据流量平衡，可以由Gk计算出GT，然核算GT是否一致，若不一致，重选TT，直到GT一致从涡轮特性曲线上得到T按前面公式求得X检验功率是否平衡？在另一个nnp线上取点B，重复3-14步（柴油机转速不变）；重复15,得到C，D，E，……，连接这些点就得到了柴油机在某转速下的平衡运行线。选另一个转速，即可得其它平衡线Tu/c024核算GT是否一致，若不一致，重选TT，直到GT一致按前面公式增压器的调整与性能优化增压器的调整与性能优化工况范围和效率的不匹配现象26工况范围和效率的不匹配现象26实验调整方法整体不匹配时，更换增压器（叶轮）需小范围调整时，可调整扩压器、喷嘴环及发动机参数如进排气过程27实验调整方法27根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量28根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量281.压气机导流环的影响291.压气机导流环的影响29压气机叶轮参数的影响压气机叶片出口角度30压气机叶轮参数的影响压气机叶片出口角度30扩压器参数的影响有/无叶片时的变化31扩压器参数的影响有/无叶片时的变化31扩压器参数的影响扩压器叶片入口角度1－2,入口角度减小，特性曲线绕原点向左侧转动扩压器叶片高度1－2,叶片高度减小，特性曲线大致平行向左移动32扩压器参数的影响扩压器叶片入口角度1－2,入口角度减小，喷嘴环参数的影响改变喷嘴环截面积不会影响压气机特性曲线面积减小将增大排气能量，同时增大排气阻力。因为功率平衡，压气机的增压压力将增大，从而使联合运行线左移。减小喷嘴环截面积是提高效率和增压压力的最有效方法。喷嘴环出口截面积33喷嘴环参数的影响改变喷嘴环截面积不会影响压气机特性曲线喷嘴环综合实验，Zinner图排温过高怎么办？增压压力不足怎么办？喷射定时改变时，增压压力会如何改变？流密变压34综合实验，Zinner图流密变压34高压EGR（柴油机）35高压EGR（柴油机）35低压EGR（柴油机）36低压EGR（柴油机）36Step5,机械系统的匹配Step5,机械系统的匹配热负荷、影响因素空气压缩后温升60-80°C循环供油量增加，放热量增大，机油、水温和排温提高气缸盖“鼻梁骨”断裂、活塞环烧结、活塞烧裂；涡轮转子叶片断裂等衡量指标：排气温度影响因素循环供油量进气温度燃烧过程组织，喷油时刻等冷却能力扫气过程导热材料和结构设计38热负荷、影响因素空气压缩后温升60-80°C影响因素循环供油热负荷、措施1增大进排气压差(波动)合适的排气管截面积增压中冷增大进排气门叠开角39热负荷、措施1增大进排气压差(波动)合适的排气管截面积增压中改善凸轮型线增大气门直径增加摇臂比热负荷、措施2增大进排气门排空速率增大油泵容量，扩大散热增大水泵容量和转速，加大散热器面积，加大风扇强化冷却缸套上部和缸盖强化冷却系统调整供油规律加粗柱塞，增加喷孔，使燃烧在上死点附近完成促进燃烧室中油气混合加强旋流，提高喷射压力优化喷油正时增大过量空气系数改善供油及燃烧系统40改善凸轮型线热负荷、措施2增大进排气门排空速率增大油泵容量，机械负荷、措施表征最高燃烧压力pmax和压力升高率（p/）maxPmax=npk(:压力升高率，1.3-2.2)(:压缩比，12-20)(n:多变指数，1.35-1.37)(＝2,＝16,n＝1.36,则pmax＝86.8pk）措施压缩比每增加1,最高燃烧压力会增加1.2MPa适当降低压缩比（X6105Z）提前角每减小1CA，pmax降低0.3MPa适当减小供油提前角适当增大喷嘴环截面积适当增大压气机及涡轮的涡壳调整涡轮增压器柱塞直径为降低热负荷而增大，但使初期喷油速率增大，使pmax升高，要兼顾喷孔尺寸喷孔数量和角度优化供油系统41机械负荷、措施表征措施压缩比每增加1,最高燃烧压力会增加1第三章：增压器与内燃机的匹配匹配原则和基本方法车用内燃机增压特点第三章：增压器与内燃机的匹配匹配原则和基本方法增压器与内燃机的匹配

——应用研究增压器的初选联合运行线的调节Zinner图热负荷机械负荷增压器与内燃机的匹配

——应用研究增压器的初选匹配对象优化增压器和发动机的联合工作性能选择压气机，以提供燃烧所需的适量空气，并满足：在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的效率高海拔裕量合适的喘振边界选择涡轮机，以驱动压气机，并满足：无废气放气阀时兼顾低速高功率要求和最大气缸爆发压带废气放气阀时在尽可能低的排气背压下，优化发动机的低速功率。44匹配对象优化增压器和发动机的联合工作性能3匹配工作的组织最佳压气机最佳涡轮机满足高海拔要求满足机械强度要求满足整机密封性要求性能开发目标发动机规格发动机测试数据构造数据压气机特性曲线涡轮机特性曲线满足客户需求的产品45匹配工作的组织最佳压气机最佳涡轮机满足高海拔要求满足机械强度几个阶段1.初选（压气机）来自市场的开发目标获得充分的发动机和增压器信息；确定从技术层面上考虑的候选增压器2.计算联合运行线仿真分析增压器和发动机匹配的外特性3.实验调整满足排放法规条件下:低速动力性；燃油经济性；整车匹配：加减速响应特性可靠性；定型产品认证；生产一致性认证；技术开发层面产品开发层面46几个阶段1.初选（压气机）2.计算联合运行线3.实验调整定型主要步骤搜集客户数据计算发动机所需的空气量Step1Step2按压气机条件修正流量Step3在压气机特性图上标出数据点Step3基于功率平衡计算所需的涡轮Step4在涡轮机特性图上标出数据点Step4验证系统的机械强度Step5开始选择压气机选择涡轮机机械强度校核47主要步骤搜集客户数据计算发动机Step1Step2匹配方法概览传统方法手工绘制特性图手工查找简单计算信函传送新方法计算机生成特性曲线图计算机自动查找数据库在计算平台上进行计算通过email或WWW传送数据48匹配方法概览传统方法7匹配方法匹配方法Step2-3,计算方法

(选择压气机)Step2-3,计算方法

(选择压气机)计算步骤根据增压度要求，计算目标平均有效压力peλ＝Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn)选取千瓦时空气消耗量gk及k，计算gk/kgk＝Gk/Ne*3600(kg/kw.h)四冲程：5.85-7.5其中水冷：5.86-6.8,ge高和大时取大值，n大取小值根据pe和gk/k，查图得到pk/p0由发动机参数计算容积流量iVhnk选定工况点一般用最常用工况点，如发动机70%和100%额定转速最大负荷点51计算步骤根据增压度要求，计算目标平均有效压力pe根据pe和g查图得到Gk在压气机特性曲线上标出点（Gk，pk/p0)依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器52查图得到Gk在压气机特性曲线上标出点（Gk，pk/p0)依据计算公式的推导：

1)建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间的关系 0.9（气门叠开角0-30CA） 1.0（…………50-70CA） 1.1（………100-140CA）k表征4冲程柴油机每分钟容积流量的参数常数？53计算公式的推导：

1)建立增压后标定点空气量Gk和压比pk（续）？54（续）？132)为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成图552)为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成3)建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系gk/k是建立强化程度和外在性能的桥梁常数563)建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系gk/k4)为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图574)为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图对3个关键点的检查依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器58对3个关键点的检查依据Gk＝10~30%Gk，选用最合适求解联合运行线

（Step4:选择涡轮机及优化整机性能）求解联合运行线

（Step4:选择涡轮机及优化整机性能）联合运行线反映了匹配运行时的综合情况，可用来判断匹配是否合适外特性60联合运行线反映了匹配运行时的综合情况，可用来判断匹配是否合适联合运行线计算过程概览平衡条件功率平衡Nk=NT流量平衡GT=Gk+Gf转速平衡nT＝nk计算方法－简单迭代在压气机特性曲线上任取一点，得到Gk和pk根据平衡条件和发动机流通特性曲线等条件计算出新的平衡点（Gk’，pk’）迭代计算直到这一点平衡选取新的点重复上述步骤选5-6点得出一条联合运行线……61联合运行线计算过程概览平衡条件流量平衡GT=Gk+求解平衡运行线一、平衡条件1.功率平衡Nk=NT2.流量平衡3.转速平衡nT=nk62求解平衡运行线一、平二、求解步骤确定已知条件大气条件p0,T0;中冷器效率c；(中冷器冷却水的平均温度Tw，中冷器压力损失△p；)涡轮喷嘴环出口面积F；涡轮出口平均直径D；发动机参数。初选增压器，得到压气机特性和涡轮特性在压气机特性曲线上按增压器标定转速任取一点A，得到Gnp，pk/p0,nnp,k，求得Y求TkTk＝T0(Y＋1)(求中冷后的温度Tk’和压力pk’)Pk/p0GnpA63二、求解步骤确定已知条件求TkPk/p0GnpA22(求冷却后的折合流量)在涡轮机侧：根据流量平衡，可以由Gk计算出GT，然后根据经验数据选取初始TT，可由上式计算出p0’/pT设排气背压p0’＝p0,得T＝pT/p0由T和nT（nnp）在涡轮流通特性图上得到T64(求冷却后的折合流量)根据流量平衡，可以由Gk计算出GT，然核算GT是否一致，若不一致，重选TT，直到GT一致从涡轮特性曲线上得到T按前面公式求得X检验功率是否平衡？在另一个nnp线上取点B，重复3-14步（柴油机转速不变）；重复15,得到C，D，E，……，连接这些点就得到了柴油机在某转速下的平衡运行线。选另一个转速，即可得其它平衡线Tu/c065核算GT是否一致，若不一致，重选TT，直到GT一致按前面公式增压器的调整与性能优化增压器的调整与性能优化工况范围和效率的不匹配现象67工况范围和效率的不匹配现象26实验调整方法整体不匹配时，更换增压器（叶轮）需小范围调整时，可调整扩压器、喷嘴环及发动机参数如进排气过程68实验调整方法27根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量69根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量281.压气机导流环的影响701.压气机导流环的影响29压气机叶轮参数的影响压气机叶片出口角度71压气机叶轮参数的影响压气机叶片出口角度30扩压器参数的影响有/无叶片时的变化72扩压器参数的影响有/无叶片时的变化31扩压器参数的影响扩压器叶片入口角度1－2,入口角度减小，特性曲线绕原点向左侧转动扩压器叶片高度1－2,叶片高度减小，特性曲线大致平行向左移动73扩压器参数的影响扩压器叶片入口角度1－2,入口角度减小，喷嘴环参数的影响改变喷嘴环截面积不会影响压气机特性曲线面积减小将增大排气能量，同时增大排气阻力。因为功率平衡，压气机的增压压力将增大，从而使联合运行线左移。减小喷嘴环截面积是提高效率和增压压力的最有效方法。喷嘴环出口截面积74喷嘴环参数的影响改变喷嘴环截面积不会影响压气机特性曲线喷嘴环综合实验，Zinner图排温过高怎么办？增压压力不足怎么办？喷射定时改变时，增压压力会如何改变？流密变压75综合实