英語論文翻譯-渦輪增壓設(shè)計對汽油機(jī)性能的影響

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1、渦輪增壓設(shè)計對汽油機(jī)性能的影響TheodosiosKorakianitis（JamesWatt教授，機(jī)械工程學(xué)院，格拉斯哥大學(xué)，格拉斯哥G128QQ蘇格蘭e-mail:t.alexander@mech.gla.ac.uk）T.Sadoi(內(nèi)燃機(jī)設(shè)計部門，三菱汽車公司，東京，日本)摘要：一份給定的內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器規(guī)格說明書通常包含給與活塞式內(nèi)燃機(jī)匹配的表現(xiàn)性能。在對合適的增壓比、質(zhì)量流量及內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量流量、動力表現(xiàn)做出綜合的理論性的考慮后，設(shè)計師們才能想方設(shè)法追求一系列潛在的內(nèi)燃機(jī)增壓器匹配性設(shè)計。最后，在各種候

2、選增壓器做出最終抉擇就要通過測試了。在這篇論文中，我們應(yīng)用兩個恒流實(shí)驗(yàn)匹配三個汽車增壓中冷汽油機(jī)上的不同增壓器。第一個實(shí)驗(yàn)測量這三個增壓器的壓縮機(jī)和渦輪穩(wěn)流性能。第二個實(shí)驗(yàn)用于測量各個增壓器的穩(wěn)流設(shè)計點(diǎn)和非設(shè)計點(diǎn)性能。從這些測量結(jié)果可以得到設(shè)計點(diǎn)和非設(shè)計點(diǎn)在整個熱力循環(huán)過程中的性能，這就可以判定不同種類的內(nèi)燃機(jī)協(xié)定需匹配何種增壓器。簡介無論它們是以兩沖程還是四沖程的熱力循環(huán)運(yùn)行,無論它們是自然進(jìn)氣式還是增壓中冷式,無論他們是燃汽油,柴油還是其它燃料,活塞式內(nèi)燃機(jī)可以在很大的最小和最大速度、功率幅度下運(yùn)轉(zhuǎn)。內(nèi)燃機(jī)

3、的燃料圖(如圖1所示)顯示了在功率-速度圖或轉(zhuǎn)矩-速度圖上的熱效率輪廓，在這張圖上我們可以找出最小和最大速度,最小最大功,極限負(fù)荷和極限增壓比以及一些其它的運(yùn)行極限.不同的內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)(效率,轉(zhuǎn)矩,馬力)都可以優(yōu)化到最優(yōu)值,比如噴射,進(jìn)氣正時,歧管調(diào)整等等,在一定幅度速度和馬力范圍內(nèi),發(fā)動機(jī)的運(yùn)行職責(zé)指示了這些指標(biāo)在發(fā)動機(jī)速度-功圖上的位置.渦輪機(jī)的性能高度決定于氣體從所有的(葉柵和其它)入口及出口通道的角度,而且因此會在一個很小運(yùn)行范圍角度下呈現(xiàn)出高性能.代表性地,渦輪運(yùn)行軸的轉(zhuǎn)速要比活塞式發(fā)動機(jī)高一個數(shù)量

4、級,因此渦輪比活塞式發(fā)動機(jī)質(zhì)量流量比例要小。圖1.發(fā)動機(jī)熱力流動示意圖(左)發(fā)動機(jī)燃料匹配圖(中)壓縮機(jī)圖(右)汽油機(jī)和柴油機(jī)傳送的制動能量W是被流通于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行循環(huán)系統(tǒng)中的空氣質(zhì)量比m決定的.這個質(zhì)量流量比m正比于p,即充許進(jìn)入活塞式內(nèi)燃機(jī)氣缸中的進(jìn)氣密度。公式當(dāng)中的（F/A）是指工作狀態(tài)下的燃空比。一般來說自然吸氣式發(fā)動機(jī)的體積效率約為0.85，然而渦輪增壓式發(fā)動機(jī)一般在0.95-1.1之間，取決于發(fā)動機(jī)所采取相應(yīng)的技術(shù)（對于兩沖程發(fā)動機(jī)來說V是指掃氣泵的掃氣量）。在柴油機(jī)某一轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷是由改變噴入氣缸的

5、燃料（F）的數(shù)量來控制的。在汽油機(jī)中這樣的調(diào)節(jié)方法會使效率下降，在汽油機(jī)中某一特定轉(zhuǎn)速下負(fù)荷是通過在進(jìn)氣歧管中調(diào)節(jié)進(jìn)氣量來控制的，從而可以減少進(jìn)入氣缸中的氣體的壓力和密度。燃料噴射式汽油機(jī)同樣可以改變噴油定時和噴入燃料的量，而缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)通過在進(jìn)氣歧管口處注入到發(fā)動機(jī)中可以增加容積效率，因?yàn)槿細(xì)庹剂诉M(jìn)氣的部分容積。在自然吸氣式發(fā)動機(jī)中，Pa,i是由進(jìn)入氣缸中的溫度和壓力決定的。在各種機(jī)械增壓和渦輪增壓方案中，密度可以通過壓縮器增加（通常伴有中冷器）。在機(jī)械增壓中，壓縮機(jī)是由發(fā)動機(jī)通過機(jī)械方式驅(qū)動的。在渦輪增

6、壓中，壓縮器是由排氣燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的。德國的R.狄塞爾已于1986年介紹了渦輪增壓技術(shù)的基本思想（只晚于第一次成功提出奧托循環(huán)18年）。在本世紀(jì)初，D.克拉克（英國，1901）和A.拉托、L.雷諾（法國）秘訣了機(jī)械增壓設(shè)備。A.波希（瑞士，1905）獲得了柴油發(fā)動機(jī)渦輪增壓研究的專利。A.拉托最先于1917年開發(fā)了汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)。起初，渦輪發(fā)動機(jī)只被用于賽車用發(fā)動機(jī)。1954年左右，美國通用汽車公司開發(fā)了第一臺用于乘用汽車發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器。機(jī)械增壓驅(qū)動器直接與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速耦合，而且這種方式下的增壓器能根據(jù)發(fā)動

7、機(jī)速度及質(zhì)量流量快速改變。渦輪增壓的驅(qū)動器（渦輪）是間接（氣動熱力學(xué)）響應(yīng)發(fā)動機(jī)速度的，而且它們的壓縮器對發(fā)動機(jī)的速度、質(zhì)量流量的反應(yīng)也較慢，有一種情況就是“渦輪增壓器滯后”現(xiàn)象。通過減少渦輪增壓器轉(zhuǎn)動慣量可以改進(jìn)裝置，并且有時會使用兩個（或更多）相同的小一點(diǎn)的渦輪增壓器，不過不會以一個比一個大的形式布置（偶爾是兩個渦輪增壓器，有時在他們之間會有一個中冷器，這一系列裝置用于進(jìn)一步提高進(jìn)氣壓力，特別是在一些船用發(fā)動機(jī)中）。溫特伯和加（1991）[2]從多項式衍生出了傳遞函數(shù)模型，這些多項式必須匹配從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評價出

8、來的系數(shù)，并且用從其它傳遞函數(shù)模型得來的系數(shù)來評價柴油發(fā)動機(jī)對瞬變的反應(yīng)。發(fā)動機(jī)和渦輪機(jī)組不能夠很好地自然配合，因此增壓器跟活塞式發(fā)動機(jī)的配合必須經(jīng)過認(rèn)真的規(guī)劃和調(diào)試。增壓器的幾何形狀必須小心選擇，這樣才能夠保證在工作周期或者發(fā)動機(jī)流動性能下，壓縮機(jī)的出口和渦輪機(jī)的入口以及進(jìn)排氣管處，增壓器的速度范圍和流動性能跟活塞式發(fā)動機(jī)相匹配。很顯然，渦輪增壓器只能與活塞式發(fā)動機(jī)很窄的轉(zhuǎn)速和功率范