第三章：增压器与内燃机的匹配

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,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,3,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。,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,满足机械强度要求,满足整机密封性要求,性能开发目标 发

2、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,5,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,6,主要步骤,搜集客户数据,计算发动机 所需的空气量,Step 1,Step 2,按压气机条件 修正流量,Step 3,在压气机特性图 上标出数据点,Step 3,基于功

3、率平衡 计算所需的涡轮,Step 4,在涡轮机特性图 上标出数据点,Step 4,验证系统的 机械强度,Step 5,开始,选择压气机,选择涡轮机,机械强度校核,7,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,匹配方法,Step 2-3, 计算方法(选择压气机),10,计算步骤,根据增压度要求，计算目标平均有效压力pe Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn) 选取千瓦时空气消耗量gk及k，计算gk/ k gk Gk/Ne*3600 (kg/kw.h) 四冲程

4、：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,11,查图得到Gk,在压气机特性曲线上标出点（Gk，pk/p0),依据 Gk1030%Gk，选用最合适的增压器,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/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,？,13,（续）,？,1

5、4,2) 为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成图,15,3) 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,16,4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图,17,对3个关键点的检查,依据 Gk1030%Gk，选用最合适的增压器,求解联合运行线（Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能）,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,外特性,20,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

6、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 ,21,求解平衡运行线 一、平衡条件,1.功率平衡 Nk=NT,2.流量平衡 3.转速平衡 nT=nk,22,二、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Tk T

7、kT0(Y1) (求中冷后的温度Tk和压力pk),Pk/p0,Gnp,A,23,(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p0p0,得 TpT/p0 由T和nT（nnp）在涡轮流通特性图上得到,T,24,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,T,u/c0,增

8、压器的调整与性能优化,26,工况范围和效率的不匹配现象,27,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,28,根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量,29,1. 压气机导流环的影响,30,压气机叶轮参数的影响,压气机叶片出口角度,31,扩压器参数的影响,有/无叶片时的变化,32,扩压器参数的影响,扩压器叶片入口角度,12, 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,12,叶片高度减小，特性曲线大致平行向左移动,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 面积减小将增大排气能量，同时增大排气阻力

9、。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,34,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,35,高压EGR（柴油机）,36,低压EGR（柴油机）,Step 5, 机械系统的匹配,38,热负荷、影响因素,空气压缩后温升60-80C 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,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,增压中冷,增大进排气门叠开角,40,热负荷、措施2,增大进排气门排空速率,强化冷却系统,改善供油及燃烧系统,41,机械负荷、措施