柴油機(jī)渦輪增壓器的匹配設(shè)計(jì).pdf

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1、何江叫:柴油機(jī)渦輪增壓器的匹配設(shè)計(jì)柴油機(jī)渦輪增壓器的匹配設(shè)計(jì)何江叫(江淮汽車股份有限公司)[摘要]渦輪增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放有著極為重要的影響。它可在不增加發(fā)動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上,大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。增壓技術(shù)越來越多的應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)上。因此增壓器的匹配設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),通過對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)的分析,選出最佳匹配的增壓器,以達(dá)到其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。[關(guān)鍵詞]壓氣機(jī)增壓器增壓比喘振匹配Abst鞠ct:Turbochargerhasex吮melyimport鋤tiIlnuenceontIIeenginep

2、e南咖肌ce,fuelecono—myandemissions.Itcanincre鵲eenginepower鋤dtorquewitlloutanyincreaseinen舀nedisplace—menLThetechnologyofsupercha唱eisusedmoreandmore誦delyonenginedesigning.Thereforeturbo—chaq驢rmatch—desigrIingisanimponantpanof山een百nedesigning.Inordertoachieveitspowerpe卜fo

3、硼aIlceandeconomy,wecanselectthebestmatchingofturbocha唱erthrougIltheaIlalysisoftlledieselenginetechnicalpm獅eters.Keywords:CompressorTu‰chargerCompressionRatioSurgeMatch內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)萌生于19世紀(jì)末,在20世紀(jì)初得到初步應(yīng)用和發(fā)展。隨著材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步,柴油機(jī)的渦輪增壓技術(shù)在20世紀(jì)中葉開始大規(guī)模應(yīng)用,并逐步推廣到汽油機(jī)。目前半數(shù)以上的車用柴油機(jī)以及相當(dāng)比例

4、的高性能汽油機(jī)均采用了增壓技術(shù)。一般而言,增壓后的功率可以提高40%一60%。發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力最高可達(dá)到3MPa,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性也有所提高,增壓已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化最有效的手段之一。1增壓器的功用、分類增壓的目的是將預(yù)先壓縮后的空氣供入氣缸,增加進(jìn)氣質(zhì)量,相應(yīng)地增加循環(huán)供油量,從而可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。增壓的基本類型分渦輪增壓、機(jī)械增壓兩種,對(duì)應(yīng)的增壓器分別為渦輪增壓器、機(jī)械增壓器。1)渦輪增壓器:由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成。將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī),利用廢氣的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn),并帶動(dòng)與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作,新鮮空

5、氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。渦輪增壓的最大優(yōu)點(diǎn)是燃油經(jīng)濟(jì)性好,并可大幅度降低有害氣體的排放和噪聲水平,增加輸出功率。缺點(diǎn)是低速時(shí)排氣能量低,增壓效果差,低速加速性能較差。2)機(jī)械增壓器:發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。機(jī)械增壓能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率,與渦輪增壓相比,其低速增壓效果更好。由于機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)直接機(jī)械聯(lián)系,因此,其變工況的瞬態(tài)響應(yīng)性好,加速性好,尤其是低速時(shí)加速性好。但發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓器要消耗輸出功率,因此發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性較差。一般適用于小型汽油機(jī)或與渦輪增壓器復(fù)合使用。2渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的

6、匹配設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器之間沒有機(jī)械聯(lián)系,只有氣動(dòng)聯(lián)系,即只通過內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣流動(dòng)將二者聯(lián)系起來。內(nèi)燃機(jī)的工作特性參數(shù)是用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來2內(nèi)燃機(jī)與配件2015年第5期表示的,不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下排氣的流量和溫度不同,即排氣能量不同,通過增壓器轉(zhuǎn)換后,反過來影響迸氣狀態(tài),進(jìn)而又影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及排氣狀態(tài),在穩(wěn)定工況下達(dá)到一種平衡。內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到標(biāo)定轉(zhuǎn)速,甚至更高。其負(fù)荷變化可以從零到滿負(fù)荷,要使增壓內(nèi)燃機(jī)有良好的性能,就必須使渦輪與壓氣機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行工作特性在寬廣的范圍內(nèi)與內(nèi)燃機(jī)有良好的配合,彼此適應(yīng),這就是所謂的渦

7、輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的“匹配”。2.1匹配的關(guān)鍵參數(shù)2.1.1匹配的關(guān)鍵參數(shù)1)A/R值蝸殼管道每一處的截面積(A),和該處與中心所成的半徑(R),必須保持恒定,其比值便是A/R值。它是描述壓氣機(jī)室和渦流室的型態(tài)比例,見圖2一l。由此可見,以壓氣機(jī)室來說,A/R就描述了壓縮空氣在蝸殼內(nèi)‘?dāng)U張’的情形,A大R小,就表示蝸殼繞的短,管徑擴(kuò)張的快,所以A/R值大的壓氣機(jī),吸人的空氣在相對(duì)較短的管道內(nèi)就被‘甩’出來,加上管道截面積相對(duì)較大,也表示高流量的傾向,因此A/R大的壓氣機(jī)就適于高流量的用途,如高轉(zhuǎn)大功率的發(fā)動(dòng)機(jī),但中低轉(zhuǎn)速的反應(yīng)較差

8、。反過來說,A/R較小的,就表示蝸殼繞的長(zhǎng),擴(kuò)張的慢,這就變成壓力較容易蓄積,在低流量時(shí)就能產(chǎn)出大壓力,適于中低轉(zhuǎn)速實(shí)用性的發(fā)動(dòng)機(jī)。2)葉輪直徑增壓器的渦流室和壓氣機(jī)室內(nèi)各有一個(gè)葉輪,在廢氣的驅(qū)動(dòng)下,渦流室葉輪帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn),進(jìn)而對(duì)空氣進(jìn)行壓縮。葉輪的直徑是

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