废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｇａｓ ｉ ｅ ｅ ｉ ｏｌｎ ｎｇ ｎｅ，Ｔｕｒ ｏ ｈａ ｇ ｒ，Ｍ ａ ｃ ｎｇ，Ｐｅ ｆ ｒ ｂｃ ｒｅ ｔ ｈｉ ｒ ｏ ｍａｎ ｅ ｐｒ ｄｉｔｏ ｃ ｅ ｃ ｉ ｎ
表 １ １５ ．ＶＣＴ 发 动 机技 术 参 数
１ 前 言
废 气 涡 轮 增 压 技 术 已 经 成 为 了 汽 油 机 节 能 减 排 的关 键 技 术 【．０世 纪 ７ ”２ ０年 代 末 国外 汽 油 机 开 始 逐渐 采用 增 压技 术 ， 美 国 、 洲 、 且 欧 日本 一些 汽 车 公 司 已经推 出 了 自己 的成熟 产 品【 近 些 年 ． ２ ］ 国 内也 进 行 了越 来 越 多 的相 关 研 究 ， 文 献 『１ 一 如 ３对
２２ 发 动 机 建 模 及 标 定 ．
所 建 立 的 １ Ｖ Ｔ发 动 机 一 维仿 真 模 型 如 图 １ ． Ｃ ５
所示。
歧 管 的 匹配 本 文针 对 某 款 国产 １ ． Ｌ废 气 涡轮 增 压 发动 机 ５ 的前 期开 发 ．通过 公式 计算 对涡 轮增 压器 进行 了选 型 ．并 应用 Ｇ — ｏ ｅ 仿真 软 件 对发 动 机 进行 了平 Ｔ ｐｗ ｒ 原和 高原 的 匹配研 究 以及性 能预 测
ｄ ｔ ． ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｈ ｕ ｂ ｃ ａ ｇ ｒｗａ ｓｉ ｔｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｅ ｉｎ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｒ ｏ ｈ ｒ ｅ ｎ ｉｅ ａａ Ｐ ｒ ｍａ ｃ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｔ ｒ ｏ ｈ ｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｏ ｍａｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｄ ｓｇ ｅ ｕ ｒ ｅ ｎ ｆｔ ｂ ｃ ａ ｇ ｄ ｅ ｇｎ ， ｕ ｔ ｕ ｕ ｂ ｃ ａ ｇ ｒｉ ｓ ｌ ｃｅ ． ｎ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ｄ ｅ ｔ ｕ ｂ ｃ ａ ｇ ｒｉ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｎ ｗｈ ｃ ｅ ｉｆｖ ｌｅ ｉ ｄ ｅ ， ｈ ｓａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔｄ Ａｎ ｅ ｇ ｎ ｄ ｌａ ｄ ｄ ｗｉ ｔ ｒ ｏ ｈ ｒ ｅ ｓ ｓａ ｌ ｅ ，ｉ ｉ ｈ ａ ｒｌ ａｖ ｓａ ｄ ｄ ｓ ｈ ｓ ｅ ａ ｄ ｅ ｇｎ ｔ ｈ ｃ ｌｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｒ ｄ ｃ ｔ ｎ ａ ｅ ｍａ ｅ ｕ ｄ ｒ ｐ ａｎ ａ ｄ ｐ ａ ｅ ｕ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｎ ｉ ｅ ｍａｃ ａｃ ｌｔ ｎ ｅ ｏ ｏ ｆ ｍ ｎ ｅ ｐ ｅ ｉａ ｉ ｒ ｄ ｎ ｅ ｌｉ ｎ ｌｔａ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｅ ｇ ｎ ｔ ｈ ｉ ｑ ｉ ｏ ｄ ｂ ｔ ｌ ｉ ｎ ｌｔａ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｈ ｗ ｔ ｈ ｎ ｉ ｅ ｍａ ｃ ｓ ｕ ｔ ｇ ｏ ｏ ｈ ｉ ｐ ａｎ ａ ｄ ｐ ａ ｅ ｕ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ． ｈ ｔ ｅ ｎ
简述废气涡轮增压系统的组成与工作原理
简述废气涡轮增压系统的组成与工作原理废气涡轮增压系统是一种常见的汽车动力系统，其主要作用是通过增加进气气流的压力，提高发动机的进气效率，从而提升发动机的输出功率和扭矩。
本文将对废气涡轮增压系统的组成和工作原理进行简述。
一、组成废气涡轮增压系统主要由废气涡轮、增压器、废气管道和冷却系统组成。
1. 废气涡轮：废气涡轮是废气涡轮增压系统的核心部件，它由涡轮轮盘、涡轮轴和涡轮壳体组成。
废气涡轮通过利用发动机排气中的废气能量，将废气的动能转化为涡轮轮盘的旋转动能。
2. 增压器：增压器是废气涡轮增压系统的另一个重要组成部分，它由压气机和涡轮轴连接在一起，通过涡轮轮盘的旋转驱动压气机工作。
增压器的作用是将进气气流压缩，提高进气气流的密度，并将压缩后的气流送入发动机。
3. 废气管道：废气管道用于将发动机排出的废气引导到废气涡轮，使废气涡轮能够转动并驱动增压器工作。
4. 冷却系统：废气涡轮增压系统还配备了冷却系统，用于降低废气涡轮和增压器的工作温度，提高其工作效率和寿命。
冷却系统通常由冷却液循环系统和涡轮壳体上的冷却片组成。
二、工作原理废气涡轮增压系统的工作原理可以简述为以下几个步骤：1. 排气过程：在发动机的排气过程中，废气被排出并经过废气管道进入废气涡轮。
废气的动能使得涡轮轮盘开始旋转。
2. 涡轮传动：废气涡轮的旋转驱动涡轮轴转动，涡轮轴与增压器上的压气机连接在一起。
涡轮轴的转动使压气机开始工作，将进气气流进行压缩。
3. 压缩过程：压气机将进气气流进行压缩，提高气流的密度和压力。
压缩后的气流通过增压器的出口进入发动机的进气道。
4. 燃烧过程：进入发动机的压缩空气与燃油混合后，进行燃烧，释放出能量驱动发动机工作。
由于增压器的作用，进入发动机的气流密度增加，使得燃烧效率提高，从而提高了发动机的输出功率和扭矩。
5. 冷却过程：废气涡轮和增压器在工作过程中会产生大量热量，为了保持其工作效率和寿命，冷却系统通过循环冷却液和冷却片的方式，将热量带走，保持涡轮和增压器的工作温度在合适范围内。
涡轮增压废气工作原理
涡轮增压废气工作原理
涡轮增压废气工作原理：
涡轮增压废气是一种通过增加发动机进气密度来提高燃烧效率和功率输出的技术。
它通过利用废气能量来带动涡轮叶轮旋转，进而驱动压气机获得更高的进气压力。
工作原理如下：
1.废气引导：废气从发动机排气系统进入涡轮增压器的增压腔。
增压腔通常位于发动机排气管上，与排气歧管相连。
废气通过增压腔中的导流片或涡轮喷嘴，使废气以适当的速度和角度进入涡轮叶轮。
2.动力传递：废气的高速流动使涡轮叶轮开始旋转。
涡轮叶轮
与压气机叶轮共用同一轴，形成刚性连接。
因此，涡轮叶轮的旋转使压气机叶轮也开始旋转，从而将空气压缩。
3.空气增压：压气机的转子将进气进行压缩。
在涡轮增压器中，压缩后的空气获得较高的压力，进一步提高了进气密度和氧气含量，为发动机提供了更多的氧气供应。
4.增压空气进入发动机：增压后的空气通过中间冷却器进行冷却，降低温度。
冷却后的空气进一步进入发动机进气道并与燃油混合。
增压空气的高压力使燃油在燃烧室中更好地混合和燃烧，从而提高了燃烧效率和功率输出。
通过涡轮增压废气工作原理，发动机能够在相同排气量下提供更大的功率和扭矩，从而提升车辆的加速性能和爬坡能力。
同时，涡轮增压技术还可以减少发动机的排放量，提高燃油经济性。
车用发动机的废气涡轮增压器设计说明书
摘 要目前，由于排放标准变的更加严格，欧洲的80%的内燃机车是经过涡轮增压的，在不久的将来，这个数字有望接近100%。
本论文根据柴油机的已知参数，设计出最优化的涡轮增压器，并对设计出的涡轮增压器进行校核计算，得出最佳的设计型号。
同时，在理论上分析出使用涡轮增压器对柴油机主要参数的影响，从而得出使用涡轮增压器可以降低柴油机排放。
关键词：柴油发动机，涡轮增压，汽车，扭矩，排放AbstractCurrently, 80 percent of European diesel passenger cars are turbocharged and, as emission standards become more stringent, this figure is expected to approach 100 percent in the near future. In this study, we try determining the turbocharger,s optimum setting according to the known parameter of the diesel engine, and checking it. In addition, we try analyzing the theoretically influence of the main parameter in diesel engine, and knowing that the turbo machine can lower the diesel engine exhausts.Key words：diesel, turbocharging, automotive, torque, emissions目录第一章 前 言 (I)1.1研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 工作原理 (3)1.4 技术探讨 (3)第二章 涡轮增压器选型 (5)2.1 已知参数 (5)2.2 各零部件型号确定 (5)第三章 设计计算 (12)3.1 压气机的设计计算 (12)3.2 径流式涡轮的计算 (21)第四章 设计分析及展望 (29)4.1 增压对柴油机主要参数的影响 (29)4.2 前景展望 (31)参 考 文 献 (33)致 谢 (34)第一章前言1.1研究背景由于中国巨大的汽车市场的迅速成长，汇合科技进步成果，将引领汽车行业新的大发展。
废气涡轮增压汽油机可变配气相位的优化研究
４ ７５ ６ ．
６ ５ ｍ ｎ增 压基 础再加上可变配气正时后 ， ０ ／ ｉ） ２ ｒ 汽油 机的扭矩和功率 ，都较单纯增压和原机都有大幅度
增加 ， 但充气效率略微有所提高。整体来看 ， 优化后 增压汽油机的性 能 ，在低速段和高速段改善得相对 中速段要 明显 ， 中充气效率 、 其 功率 、 扭矩 的最大增
加一套附加机构 ，同时不需要对原有凸轮轴作太大的 维持原机的参数即可 ； 在高速段（ ０ ６ ５ ｍ ｎ ５ ０ ０ ／ｉ） ６ ２ ｒ 改动 ， 相对而言较好实现， 原理也相对简单网 。
应适当延迟开 闭进气门， 排气门正时基本维持不变 。 优化配气相位后的计算对 比如图 １ 所示。
２５ ６
３ ０ Ｏ ０
（ 当于 ＩＯ早 开 １． （Ａ 。 相 Ｖ ８ 。Ｃ ） ５ Ｉ ＶＣ早闭 １ ． （Ａ） ８ 。Ｃ ） ５
４ ５ ４
（ 当于 Ｅ Ｏ迟开 １。Ｃ ） 相 Ｖ ５（ ， Ａ Ｅ Ｃ迟闭 １ 。Ｃ ） Ｖ ５ （ Ａ）
２５ ６
在本章完成 了可变配气相位优化 的工作 ，配气 相位优化后得到以下结论 ： 其一 ， 是在低速段（ ０ ～３ ０ ｍ ｎ应该适当 １ ０ ０ ／ ｉ） ０ ５ ｒ
能够得到完全地发挥 。 叫
开启 时的曲轴角度 。
若采用可变配气相位技术 ，则可 以使汽油机在 选用这种技术 ，是 因为 ：根据 国内外现有的机 不同工况下采用不同的配气相位 ，以此来满足汽油 构 ， 对进气和排气 凸轮轴实行调节相位 ， 能够非常显
收稿 日期 ：Ｏ １ ｌ一 １ ２ ｌ－ Ｏ １ 基金项 目： 广西 自然科学基金项 目（ 桂科基 ０ ９ ０ ３ ９ １０ ） 作者简介 ： 李露露 （９ ６ ）女 （ １ ８一 ， 壮族 ）广西 河池人 ， ， 硕士研究生 ， 究方 向为 内燃 机节能与排放控制 。 研 ８
涡轮增压汽油发动机的匹配研究
第30卷增刊 2007年12月合肥工业大学学报(自然科学版)J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GYVol.30Sup Dec.2007 收稿日期22;修改日期223作者简介胡必谦(8),男,浙江兰溪人,安徽江淮汽车股份有限公司助理工程师涡轮增压汽油发动机的匹配研究胡必谦(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022)摘 要:文章设计了一款涡轮增压汽油发动机来满足公司的需求;根据开发目标首先确定开发方案,使用电解法进行详细计算;根据目标扭矩、功率、燃油消耗率和高原使用情况进行分析,确定K 03增压器在低端扭矩、效率和高原适应性等方面均较优。
关键词:汽油机;增压;匹配中图分类号:U464.135 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20100204The r eser ch of maching technology f or a tur bo ga sonl ine engineHU Bi 2qia n(Powert rain academy ,Anhui J ianghuai Auto m o bil e Co.,Lt d ,Hefei 230022,China)Abstract :A s t he risi ng of f uel price and t he applicat ion of a utomotive exci se ,a t ur bo ga soline engine is desi gned t o meet t he requirement.In order t o reach t he de si gning t arget ,we must confi rm t he way of desi gni ng fi rst ,t hen caculat e t he dat a by any fomul as.Beca use of t he causes ,such a s t he torque ,t hepower and t he goi ng at t he al tit ude of 3000m ,we shoul d analyse in detail ,t hen sel ect t he K 03t ur bo 2charge r which has a bet ter torque and efficiecy at low speed and sui tabilit y at t ableland.K ey w or ds :gasoline engi ne ;boost ;matchi ng 随着燃油价格的上涨,同时国家推出了新的汽车燃油消费税政策,使低排放、低能耗的小发动机越来越受到市场的欢迎。
废气涡轮增压的工作原理
废气涡轮增压的工作原理以废气涡轮增压的工作原理为标题，本文将详细介绍废气涡轮增压器的工作原理及其应用。
一、废气涡轮增压器的定义废气涡轮增压器是一种利用废气能量来增加发动机进气压力的装置。
它主要由废气涡轮、压气机和废气管道组成。
二、废气涡轮增压器的工作原理废气涡轮增压器的工作原理基于涡轮机械的运动原理。
当废气从发动机排气管进入废气涡轮增压器时，废气的能量被转化为涡轮叶片的动能，推动涡轮高速旋转。
涡轮与压气机轴相连，涡轮的旋转也带动压气机旋转，使压气机中的压气机叶片产生吸气和压气动作。
这样，通过废气涡轮增压器，可以将更多的空气压缩送入发动机，提高发动机进气压力和气缸进气量，从而增加发动机的功率和扭矩输出。
三、废气涡轮增压器的优势与应用1. 提高发动机动力性能：废气涡轮增压器能够提供额外的进气压力，使发动机在相同排量下获得更高的功率和扭矩输出。
特别是在高海拔地区或急剧变化的气候条件下，废气涡轮增压器可以弥补气压不足的影响，保持发动机的出色性能。
2. 提高燃油经济性：通过提高进气压力，废气涡轮增压器可以实现更好的燃烧效率，降低燃油消耗，提高燃油经济性。
3. 减少尾气排放：废气涡轮增压器可以提高发动机的进气量和燃烧效率，减少未燃烧的废气排放，降低排放污染。
4. 增加海拔适应性：废气涡轮增压器能够补偿高海拔地区的气压下降对发动机性能的影响，使发动机保持较高的输出功率。
5. 应用范围广泛：废气涡轮增压器广泛应用于汽车、摩托车、船舶、工程机械等发动机系统中，提高动力性能和燃油经济性。
四、废气涡轮增压器的发展趋势随着汽车工业的发展，废气涡轮增压器在汽车发动机上的应用越来越广泛。
未来，废气涡轮增压器将继续向更高效、更紧凑的方向发展，以提供更好的性能和经济性。
同时，随着新能源汽车的兴起，废气涡轮增压器也将在混合动力和电动汽车中发挥重要作用，提高动力性能和续航里程。
废气涡轮增压器通过利用废气能量提高发动机进气压力，从而提高发动机的动力性能和燃油经济性。
涡轮增压器与发动机的匹配与调整
涡轮增压器与发动机的匹配与调整1、涡轮增压器与发动机的匹配概述总的来说，发动机与增压器的匹配有三个⽅⾯，即发动机与压⽓机匹配、发动机与涡轮的匹配和压⽓机与涡轮的匹配。
细分的话，应该包括：增压器的压⽓机、增压器的废⽓涡轮、发动机的排⽓管系统、发动机的进⽓系统、中冷器、空⽓滤清器、消⾳器、进排⽓配⽓相位、运转⼯况参数、环境参数等。
2、发动机对压⽓机的要求a、发动机对压⽓机的要求：1）、压⽓机不但要求达到预定的压⽐，⽽且要具有⾼的效率。
即压⽓机效率越⾼，在同⼀增压压⼒时，空⽓温度越低，从⽽得到的增压空⽓的密度就越⾼，增压效果就越好。
2）、不同⽤途的发动机对压⽓机特性的要求也不同。
对于发电⽤的固定式发动机及按螺旋桨特性⼯作的船⽤发动机⼀般的压⽓机特性均能满⾜要求，⽽车⽤发动机由于转速范围宽⼴，故就要求相应的压⽓机特性具有宽⼴的流量范围，⽽且要有较宽的⾼效区。
怎样评价发动机与压⽓机的匹配：1）、需要经试验得出的压⽓机特性曲线，同时要有发动机各转速下耗⽓特性曲线，将发动机的耗⽓特性曲线与压⽓机的特性曲线相叠合就可以看出匹配情况。
2）、发动机的特性曲线应穿过压⽓机的⾼效区，⽽且最好使发动机的运⾏线与压⽓机的⾼效率的等效率圈相平⾏。
对于车⽤发动机，则要求最⼤扭矩点正好位于压⽓机最⾼效率区附近。
如果发动机运⾏线整个位于压⽓机特性右侧，则表明所选的压⽓机流量偏⼩，使联合⼯作时压⽓机处于低效区⼯作，在这种情况下就要重选较⼤型号的增压器，或加⼤压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向右移动。
如果向反，发动机运⾏线整个偏于压⽓机特性左侧，则⼀⽅⾯发动机低转速时压⽓机效率降低，同时有可能出现喘振。
在这种情况下就要重选择较⼩型号的增压器或减⼩压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向左移动。
3）、发动机的⽓耗特性线离开压⽓机喘振线有⼀定的距离。
否则如发动机耗⽓特性曲线离喘振线太近或甚⾄与之相交的话，在联合⼯作时就可能出现喘振。
⼀般，要求发动机低转速的耗⽓特性曲线离开压⽓机喘振线的距离也即所谓的喘振裕度约为10%Gcmin（喘振流量）。
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废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究王应红,郑国璋(太原理工大学,山西太原030024)摘要:根据废气涡轮增压的工作原理、结构特性,对增压器和发动机的空气流量和其他方面的匹配进行了计算和理论分析,提出了发动机选配增压器的基本过程和注意事项,以及重新为指定发动机设计增压器的基本步骤。
关键词:废气涡轮增压;发动机;匹配中图分类号:TK 411.8 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2004)01-0001-03Study on Theoretical C alculation of Matching of Turbocharger and E ngineW ANG Y ing -hong ,ZHE NG G uo -zhang(T aiyuan University of T echnology ,T aiyuan 030024,China )Abstract :Based on operating principle of turbocharger ,structural features ,air flow characteristic and other aspects of turbocharger and engine are calculated and analyzed theoretically.The current process was raised for the matching of turbocharger and engine.Accordingly the basic procedure was redesigned for the designated engine.K ey w ords :turbocharger ;engine ;matching 作者简介:王应红(1974-),男,山西吕梁人,硕士,主要研究方向:汽油机增压技术。
收稿日期:2003-09-120 前言采用增压技术是提高车用发动机动力性能、顺态性能以及排放性能的有效方式。
常规的车用发动机增压方法有机械增压、废气涡轮增压和气波增压。
涡轮增压时,发动机与增压器之间仅存在气动关系,不象机械增压时二者有固定的速比,且发动机是一种往复式机械,而涡轮增压器则是叶片机械,二者的特性存在本质的差异,故匹配比较复杂。
总的来说,发动机与增压器的匹配有三个方面,即发动机与压气机的匹配、发动机与涡轮的匹配和压气机与涡轮的匹配。
这里我们只对前两项进行研究,对涡轮增压器的性能提出要求,具体增压器的设计以及压气机与涡轮的匹配由增压器公司来定。
下面通过一台具体机型来说明发动机与增压器选配方法和步骤。
1 增压参数的选定为了保证发动机与增压器的良好匹配,达到预定的增压发动机各项性能指标,首先要确定增压参数,它是设计或选择增压器的依据。
1.1 增压后发动机所需空气流量G c (即压气机流量)G c =N e g e αηs3600L 0 式中,G c 为发动机所需的空气流量,kg/s ;N e 为发动机功率,kW ;α为过量空气系数;ηs 为扫气系数;g e 为发动机的燃油消耗率,g/(kW ・h )。
为了满足最大功率和最大扭矩的要求,应在发动机的外特性工况下计算。
1.2 压气机的压比πc =(ρc ρ0)1-10.286ηn ;实际测量中常用πc =p c +p 0p 0-p cl 式中,ρc 为压气机出口的空气密度;ρ0为发动机所需的中冷后增压空气的密度;ηn 为压气机多变效率;p 0为环境压力;p c 为压气机出口压力;p cl 为压气机进口压力。
1.3 压气机效率ηc=(273+t cl )(π0.286c-1)t c -t clt cl 为压气机进口温度,℃;t c 为压气机出口温度,℃。
2 发动机与压气机的匹配a.压气机不但要达到预定的压比,而且要具有较高的效率。
压气机效率越高,在同一增压压力时空气温度越低,所得到的增压空气密度就越高,增压效果也就越好。
b.经过实验测得压气机特性曲线和发动机在各第1期2004年2月内燃机Internal C ombustion Engines N o.1Feb.2004转速下的耗气特性曲线。
如果发动机的特性线穿过压气机的高效率区,发动机的运行线与压气机的高效率圈平行,这时匹配最好,见图1。
如果发动机的运行线位于压气机特性线右侧,见图2,表明所选的压气机流量偏小,使联合工作时压气机处于低效率区,要选较大型号的增压器或加大压气机流通部分尺寸;相反,发动机运行线整个偏于压气机特性左侧,见图3,发动机低转速时压气机效率降低,同时可能出现喘振,这时需要选较小型号的增压器或减小压气机流通部分尺寸。
c.发动机的耗气特性线应离开压气机喘振线一定距离,否则再联合工作时可能出现喘振。
图1 发动机耗气特性与压气机特性的配合质量流量/(kg ・s -1) G cT 1T 0/p 1p 0图2 发动机与压气机匹配不合适的特性图(压气机流量偏小)d.根据WR36D 柴油机的要求我们匹配了J130A增压器;在如下条件下我们做了压气机性能实验:润滑油进口油压为0.2～0.4MPa ;润滑油进口油温为45～75℃;润滑油出口油温不大于120℃;涡轮前进口温度不大于650℃。
测得J130A 增压器的压气机特性曲线如图4所示。
由图可见,压气机具有较大的高效率圈,最高效率为82%以上;流量范围宽广,而且喘振线及流量范围适当左移,偏向小流量方向,增加了配机喘振裕度。
质量流量/(kg ・s -1) G cT 1T 0/p 1p 0图3 发动机与压气机匹配不合适的特性图(压气机流量偏大)图4 J130A 前倾后弯压气机性能曲线 ・2 ・内燃机2004年2月3 发动机与涡轮的匹配要保证在发动机整个运行范围内涡轮具有较高的效率及合适的流通能力,以保证提供给压气机所需的功率,发动机与涡轮的匹配是否良好主要是看涡轮流通能力的选择是否合适;既要保证最大扭矩点有足够的增压压力,在标定点处增压器又不能过度超速。
发动机与涡轮的匹配情况可借助涡轮特性曲线。
我们做了涡轮流通特性实验:采用外气源供给压缩空气,经燃烧室加热后驱动涡轮,进口温度控制在650℃左右,润滑油进口油压为0.2～0.4MPa ,润滑油进油温度控制在50～75℃。
大气温度t 0=29℃;大气压力p 0=89.7kPa ;进行了35000,40000,45000,50000,55000,60000r/min 几个转速的实验,在每一转速下,测点选在压气机最大流量附近(接近阻塞流量),同时要求增压器公司对增压器进行了改进设计,选用参数d 值为44,42,40cm 2。
由图5中曲线可以看出,J130A 增压器涡轮0-0截面为44cm 2时,流通特性比较平缓,阻塞出现较晚,这样的流通能力对发动机特别有利,可以保证发动机低速时得到较高的增压压力,又可以降低发动机额定点的增压器转速。
4 发动机与增压器的匹配发动机与增压器的匹配要求如下:a.发动机运行范围内正处于压气机高效率区,且离压气机喘振线有一定的裕度;b.发动机运行范围内不出现过高的排气温度;c.发动机运行范围内增压器转速不超过极限值,也不出现过高的增压压力和爆发压力;d.发动机负荷特性上增压压力与背压的交点位于低负荷区,且越低越好,增压压力与背压的交点越是靠左边小负荷,说明发动机与增压器匹配良好;e.增压发动机能达到预定的功率、经济性及烟度等指标,特别是在万有特性上低油耗的区域应宽广,在负荷特性上低负荷范围内不致出现太高的油耗。
在柴油进油温度为(40±3)℃,冷却水进水温度为(75±5)℃,涡轮前排气温度不大于700℃,主油道机油压力不小于0.25MPa ,增压器机油压力不小于0.2MPa ,最高燃烧压力不大于10MPa 的实验条件下做了J130A 增压器与WR36D 柴油机的匹配性能实验,测得数据如表1。
根据表1我们画出了J130A 增压器与WR36D 柴油机匹配的外特性曲线,见图5。
图5 J130增压器与WR36D 柴油机外特性曲线由曲线可以看出J130A 增压器与WR36D 柴油机匹配的增压压力与爆发压力的交点位于低负荷区,说明匹配良好。
表1 J130A 增压器与WR 36D 柴油机匹配性能实验数据表参数单位实验数值转速r/min 20001800160014001350扭矩kN ・m 28163091330834263387功率kW 589.7582.7554.2502.3478.9燃油消耗量kg/h 135.1130.6120.5109.1104.7燃油消耗率g/kW ・h 229.1224.1217.4217.2218.7压气机前温度℃4747.5494847.5压气机前真空度kPa 5.494 4.611 3.434 2.256 2.060压气机后压力kPa 103.995.9983.9967.9961.33涡轮前压力kPa 85.3373.3358.6645.3338.66涡轮后压力kPa 5.333 4.000 3.333 2.000 2.000涡轮后温度℃529545551569573增压器转速r/min 5910057800537005050047900增压器流量kg/s1.329 1.216 1.0470.850.813压比2.31 2.19 2.02 1.81 1.78爆发压力MPa8.219.118.999.069.12(下转第6页) 第1期王应红等:废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究・3 ・分析优化数学模型,可知是一个约束非线性最小化问题。
根据数学模型的特点,应用M AT LAB的Optimization T oolbox中的优化函数,选择合适的算法,设置合适的选项,编写G UI界面,开发出配气凸轮优化设计的程序。
3 MAT LAB实现主要应用M AT LAB Optimization T oolbox中的fmincon函数〔5〕,编写G UI界面和m代码,实现上述优化数学模型的求解。
本程序在给定的、合理的输入参数条件下,能够计算出幂指数p,q,r,s,t,相应的系数C p,C q,C r, C s,C t,动力学修正参数ρ,Ψ,优化后的丰满系数ξ,气门最大正负加速度和凸轮最小曲率半径;并且将最优条件下的气门和凸轮的升程曲线、速度及加速度曲线图形化显示出来。
下面是应用本程序的一个优化算例。
有关设计参数为:y0=8.89mm,v0=0.2m/s,〔a v max〕=5600m/s2,〔a v min〕=-1600m/s2,φ0= 62°,ω=15708rad/s,R b=21mm,〔R min〕=7.5mm, i=1.5,k1=50420N/m,k0=3361300N/m,m=0. 2248kg,y r=0.22mm。