增压器匹配

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增压器匹配指南[1]

增压器匹配指南[1]

第1章 增压器及其进气增压系统的结构和原理1.1概述1.1.1 发动机进气增压技术简介近年来,发动机进气增压技术已经成为国内外内燃机发展的重要方向之一。

这是因为发动机进气增压技术具有许多优点:1.能够提高发动机的升功率——提高了发动机的动力性;2.能够降低发动机比油耗和比质量——提高了发动机经济性;3.能够减轻发动机的排放污染——提高了发动机的排放性;4.能够扩大发动机变型系列等。

当前,由于汽车一方面在向高速、重载方向发展,对发动机的动力性和燃料经济性提出了更高的要求;另一方面发动机尾气的排放污染,各国排放法规的日益苛刻,使人们极力寻求减小大气污染的措施。

这种种方面的原因,使汽车发动机进气增压技术获得迅速发展,其中以美国、德国、瑞典等国家发展较快。

在美国,10L以上排量的柴油机几乎全部采用增压技术,小排量柴油机和汽油机采用增压技术也占相当大的比重。

欧洲和日本近年来增压发动机也发展迅速,特别是柴油机。

发动机增压方法很多,其中涡轮增压器在技术上最为成熟,并且有很多突出的优点,因此涡轮增压成为汽车发动机增压的主要类型而获得广泛应用。

此外,在研究和发展涡轮增压系统的同时,其他增压系统也相继有所发展,例如气波增压系统。

本指南主要讲述涡轮增压系统,其他增压系统仅简单介绍。

1.1.2发动机进气增压的基本原理(1)发动机进气增压的基本理论进气增压是提高发动机升功率的有效方法之一。

所谓增压器,就是利用专门的装置(增压器)将空气或者可燃混合气预先进行压缩,再送入发动机汽缸的过程。

虽然汽缸的工作容积不变,但因增压后,每个循环进入汽缸的新气密度增大,使实际充气量增加,这样可以向缸内喷入更多的燃料而获得充分燃烧,因此提高了发动机的升功率和总输出功率。

一般来讲,增压压力愈高,充入汽缸的新气密度愈大,发出的功率也就愈高。

增压可以提高发动机的功率,但增压器本身所消耗的功率和增压器效率直接影响发动机的有效功率和燃料经济性。

机械增压器要消耗一部分曲轴功,因此其燃料消耗一般高于非增压的发动机。

第8章 柴油机与涡轮增压器的匹配-2013

第8章 柴油机与涡轮增压器的匹配-2013

NT NK
mTCpT (TT T0)Tm' K mkCpKT kT 1
RTT
(1
T0 TT
)Tm' K

mk
k
k 1
RT0
(TK T0
1)
mT
kT kT 1
RTTT
[1
(
p0' pT
kT 1
) kT ]Tm' K
mk
k
k 1
曲线2是柴油机最低转速运行线。这时废气能量 很小,所以πk和mk都较小。Pe受到排气冒烟极限的限制 ,而且pe↑→运行线愈接近喘振线,此时应防止其穿过 喘振线而落入不稳定工作区。
曲线3是柴油机外特性线。这时保持喷油量为最大 值,随着n↓→mT↓→πk、pk↓;增压器流量随发动机转 速下降快速下降,但这时循环供油量仍保持最大值,故排 温TT较高→nTk和pk下降相对地较缓慢,此时运行线易穿过 喘振线。
三、增压参数的初步确定(图表法)
功率平衡:
mk
k k 1 RT0

k 1
k k

1


mTm
kT kT
1
RT
TTm
1

pT0 pTm

kT 1 kT

T

'
mk
式中,β——脉冲涡轮功率放大系数
K1

kT kT 1
k 1 k

k 1
压气机压比 涡轮流量
涡轮膨胀比
mTm
T FT
2 TTm RT
* pTm * T
pTm * T pTm *
2 kT

增压器与柴油机的匹配计算

增压器与柴油机的匹配计算

增压器与柴油机的匹配计算摘要发动机与增压器的匹配是否良好,对发动机的运行起着十分重要的作用。

本文主要的内容是用计算出发动机与增压器匹配的最佳运行点。

总结出各种匹配的要求和匹配不好的原因。

1. 增压参数的确定为了保证发动机与增压器的良好匹配,即达到预定的增压发动机各项性能指标,首先要正确确定增压参数。

增压参数主要有:1)增压压力K p 或压比K π;2)空气流量A m (Kg/s )或容积流量V m (m³/s );3)涡轮前废气平均温度T t ;4)大气压力0p 和大气温度0t 。

增压参数中最重要的是通过计算正确确定流量A m 和压比K π。

如果流量A m 选择不当,不但使增压器与发动机匹配不好,更重要的是涡轮流通能力确定不当,从而导致增压压力K p 远离设计值。

而K π根据A m 计算得出,如果A m 确定不合适,将导致K π有较大的偏差。

正确确定K p 或K π也很重要,如果K p 选的过低,将造成达不到预定的增压发动机功率和出现发动机排气温度T t 过高的后果;如果K p 选的过高,又会导致过高的发动机最大爆发压力max p 以和增压器过高的转速。

在不同的地方大气压力0p 和大气温度0t 也是不相同的,这要根据当地的情况来决定,一般情况是取标准值。

[]81.1 用计算法确定增压参数增压后发动机所需要的空气流量A m (即压气机流量K m )为K m =03600L g N s e e ⋅⋅∂⋅⋅η Kg/s (1—1) 式中 e g ——燃油消耗率,Kg/(Kw.h );∂——过量空气系数;s η——扫气效率。

另外,对四冲程发动机K m 又可表示为:s v K h K v n m ηηρ⋅⋅⋅⋅⋅=1201 (1—2) 式中 n ——发动机转速,r/min ;v η——发动机容积效率。

故压气机出口的空气密度:sv h K K v n m ηηρ⋅⋅⋅⋅=120 (1—3) 以式(2—1)求得的K m 代入式(2—3),即可求得K ρ。

发动机与涡轮增压器的匹配

发动机与涡轮增压器的匹配
3)在发动机部分负荷工作
时,压气机的工作区域绝
大部分其绝热效率高于65%。
17
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(2)



2021/7/1
有时为达到特殊的
目的,也会对上述
原则进行调整。
左图所示为照顾低
速性能的匹配方法。
需要确定
18
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(3)


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一般很少将发动机耗气特
---(2)


随着发动机转速的增加,空气流速随着增加,而涡轮
增压器的涡轮有效流通面积几乎保持不变,所以涡轮
的进气压力将上升,涡轮功增加,增压器转速增加,
压气机的出口压力也随着增加了。这样一来,发动机
的等负荷线将不处于压气机特性曲线图中的水平位置,
而是随着发动机转速的提高而向上倾斜。
类似的道理等转速线向右倾斜。
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27
增压中冷
---(4)


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对于车用发动机来说,
一般采用空-空中冷器,
这种系统结构简单可靠,
冷却介质温度较低,流
量大,冷却效果很好。
左图为空空中冷器的结
构。
在有些系统中不便于利
用空-空中冷的,也有
利用水作为冷却介质的。
如船用发动机。
28
增压中冷
---(5)




曲线毫无影响;反之亦然。压气机或者涡轮特性曲线
形状的改变,彼此都会影响它们与发动机共同工作时
的匹配区域。
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增压中冷
---(1)

某款发动机涡轮增压器选型与匹配

某款发动机涡轮增压器选型与匹配

- 55 -工 业 技 术0 引言涡轮增压器技术是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段。

增压发动机在减小排量的情况下通过提升进气压力能够使相同排量的发动机动力性能提升,同时增压发动机的燃油经济性与自然吸气的发动机相比有所提升。

根据整车车型动力性、经济性的目标要求,该文设计开发了节能高效的涡轮增压发动机。

1 发动机匹配目标的确定影响增压发动机性能的设计开发内容包括控制系统的标定、进气歧管总成及排气歧管总成的走向、整车进气系统压降和排气系统背压等,但是涡轮增压器的匹配是否优良是最为关键的[1]。

涡轮增压器的匹配结果直接影响燃油经济性和发动机的动力性能(功率、扭矩)。

增压器的匹配内容主要包括方案匹配和性能匹配。

1.1 发动机设计目标1.1.1 发动机设计目标参数确定根据整车目标的确定,要求发动机有很好的低速扭矩和中速中负荷的燃油经济性[2]。

具体设计开发的技术目标参数见表1。

1.1.2 确定压缩比该款发动机为汽油发动机,发动机和涡轮增压器匹配的关键主要避免爆震的产生,所以要控制好发动机排气温度、进气压力、增压器转速范围。

由于增压后排温易升高,所以增压发动机的压缩比要比自然吸气发动机的低,保证燃烧稳定性。

通过对比研究最后确定为压缩比为9∶1。

1.1.3 确定中冷技术由于增加发动机提升了进气的压力,导致进气温度的升高,为了保证燃烧的稳定性,必须采用冷却系统将进气温度降下来,同时对发动机的动力性、经济性均有提高,经过研究确定采用空对空中冷器冷却增压后的空气温度。

1.1.4 确定涡轮机的叶片大小涡轮机的大小直接影响了整车的使用性能,影响发动机随油门提升扭矩的 响应速度,由于小涡轮质量轻,低速响应性较好,但这可能要损失高速段的动力性。

通过对于匹配目标的研究确定选择小涡轮增压器进行匹配。

2 涡轮增压器匹配方案确定2.1 涡轮增压器匹配方案选择为了保证涡轮增压器匹配的合理性,确定了3款涡轮增压器进行匹配选择,并统一进行编号,具体方案见表2。

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

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)。

发动机增压器匹配计算通常要考虑两方面的因素,一是空气

发动机增压器匹配计算通常要考虑两方面的因素,一是空气

发动机增压器匹配计算通常要考虑两方面的因素,一是空气流量匹配,再者就是增压压力匹配;前者保证了增压器出口流量大于发动机增压后所需流量,后者则保证增压器出口压力大于发动机正常吸气时的进气压力(即大气压力)。

发动机进气流量公式 111Q Q N εη=⋅⋅⋅ε过量充气系数η1 充气效率 N1 发动机转数 Q 发动机工作容积增压器出口流量公式 22222Q V N η=⋅⋅⋅ V2 增压器每转排量 N2 增压器转速 η2 增压器容积效率21Q Q ≥122223000.7 5.1521 1.294.80.8N V i N Q ηεη⋅⋅⨯⨯===⋅⋅⨯⨯ 由上述公式计算出来的增压传动比范围为0~5.15,但是,范围太大,本项目最终要找到一个相对合适的传动比,所以这个范围没有什么参考价值;我们采用以下方法来寻找合适的传动比。

先介绍一个参数:增压比——增压后增压器排气口压力与自然进气状态下进气口压力之比(即大气压力),增压比小于1.4为低增压,介于1.4到2.0为中增压,高于2.0为高增压;根据上述定义,增压比在数值上与增压器排气口压力相等。

由于一般的增压发动机增压比差不多都选择中增压,设置三组增压器排气口压力值,分别为1.3、1.5、2.0(单位bar )由下列公式进行计算:221112N V P V N ⋅=⋅⋅(经验公式,用来估算增压器排气口压力) N2 增压器转速 V2 增压器每转排量 N1 发动机转速 V1 发动机排量 P1 增压器出口压力 1P H P R T I εη⋅⋅≈⋅⋅ P ε 发动机平均有效压力 η 内燃机有效效率 I 空燃比 R 气体常数0.287KJ/(kg*k) H 燃料低热值 44000KJ/kg1e 30c n V P P ετ⋅⋅⋅=⋅ e P 发动机有效功率 C 气缸数n 转速 τ冲程数tq T 有效转矩对上述公式进行如下处理令z=-321102V V ⋅⋅=0.00158,m=H R T I η⋅⋅⋅=5.28655533,y=33010π⋅=9550, G=0.1(单位换算系30e tq P T n π=⋅数),K=0.2(增压器消耗率)e P =m ×z ×n × 1P ×G ×(1-K )tq T =m ×z ×y × 1P ×G ×(1-K )将上述公式带入数据,通过Excel 表格,计算出相应的结果,并生成折线图,做出该发动机理论速度特性,完成理论计算:以上是以上以上为数据参考,结合发动机仿真,在上述数据范围内寻找合适的传动比作为结果。

增压器匹配表

增压器匹配表

A3533-1118100A-502 A3200-1118010B-502 A4700-1118010A-502 G4700-1118020C-502 J3808-1118100A-502 J42H1-1118100-502 J4105-1118100-502
JP76F JP76F JP76F JP76F JP76F JP76F JP76F
欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅲ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅰ 欧Ⅰ 欧Ⅰ 欧Ⅰ 欧Ⅰ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ 欧Ⅱ
件号 AKZ1A2-1118010H 1118010-1J_AKZ1A1 1118010J_AKZ 1118010J_AKZW-01 1118010J_AKZ5A2 1118010J_AKZWA 1118010J_AKZWA1 1118010J_AKZWA2 1118010J_AKZWA4 1118010J_BKZ 1118010-071-4105 1118010-1J_CK1-051 1118010-1J_CK1-03 1118010-1J_CKA3 1118010-1J_CKA3 1118010-1J_CKA3 1118010J_6DF1 1118010-1J_6DF1-25 1118010-460-0000J 1118010-454-0000J 1118010J_ AKZLRA5 1118010J_ AKZLRA8 1118010-450-DH20J 1118010-455-1AY83J 1118010-452-YJ10J 1118010-457-0000 1118010-420-3530J 1118010-420-0000J 1118010-454-310AJ 1118010-458-0000J 1118010-458-G73Y 1118010-458-JH10J 1118010-450-JH20J 1118010-420-3010J
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1200 rpm
0,6
0,5
Pressure ratio = 1.71
0,4
0,3
1200 rpm
0,2
0,1
2,5
3
TC Simplified Model - Max. Torque
Turbine Discharge Coefficient = Aeffective/Ageom≅ 0.1413
Effective Area
5
TC Simplified Model - Basic Equations Turbine Efficiencies 涡轮机效率:
ηTTT =
T03 − T04 = T03 − T04 S
T04 1− T03 p04 1− p 03 T04 1− T03
κ −1 κ
13
TC Simplified Model - Max. Torque
Load the model “ TC_simple_basic.bwf” and store it as “TC_simple_1200.bwf”
14
TC Simplified Model - Max. Torque
1200rpm为 最大扭矩点
18
TC Simplified Model - Max. Torque
19
TC Simplified Model - Max. Torque
20
TC Simplified Model - Max. Torque
21
TC Simplified Model - Max. Torque
Mass flow = 0.2922kg/s Temperature = 297.7K p0= 0.09519Mpa => Corrected mass flow = 52.96kg*sqrt(K)/(s*MPa) Pressure ratio = 2.3
Mass flow = 0.127kg/s Temperature = 298K p0= 0.0956Mpa => Corrected mass flow = 22.93kg*sqrt(K)/(s*MPa) Pressure ratio = 1.46
112.930
Total - to -Total Pressure Ratio
,
corrected massflow corrected compressor speed
N = T0,in
3
TC Simplified Model - Basic Equations
Corrected to map reference values: 根据标准条件进行换算 :
(John B. Heywood: „Internal Combustion Engine Fundamentals“, McGraw-Hill Book Company)
1200 rpm
22
TC Simplified Model - Max. Torque
95
Reduced massflow [(kg*SQRT(T)/(s*Mpa)] 0,7
90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 1 1,5 2
Pressure ratio
23
Mass flow = 0.3029kg/s T3 = 1049 K; p3= 0.178MPa => Corrected mass flow = 55.1
& cor = m N cor =
& T0,in Tstd m p0,in pstd N T0,in Tstd ,
,
corrected massflow corrected speed reference values
pstd , Tstd
4
TC Simplified Model - Basic Equations Compressor Efficiencies 压气机效率:
pressure ratio, efficiency : total to total T ref [ ° R ]
Turbine:
corrected speed N corr = n [min −1 ] T3t Tref & T3t Tref m p3t pref [lb / min]
& corr = corrected massflow m
全模式
全模式计算中考虑了压气机和涡轮机转子的转动惯量。计算 过程中每一计算步长上,涡轮增压器的运转特性将根据瞬时 的转子速度,流量和压比插值得到。当发动机瞬态运转时, 由于涡轮增压器的运转特性随时间变化,需要采用这种模式 。
2
TC Simplified Model - Basic Equations
Some manufacturers’ definitions
Asea Brown Boweri:
Compressor:
corrected speed N corr = n Tref T1 [ s −1 ] & =V & T T [m 3 s] corrected volume flow V corr 1 ref 1
9
Some manufacturers’ definitions
Garrett:
Compressor:
corrected speed N corr = n T ref T1t [min & corr = m & corrected massflow m p ref p1t
−1
]
T T [ lb / min] 1t ref
• m To R −1 ⋅ ψ Aeff = po 2
κ +1 2 κ p2 κ p2 κ ψ= ⋅ − κ − 1 po1 po1
For subsonic flow
15
TC Simplified Model - Max. Torque
16
TC Simplified Model - Max. Torque
17
TC Simplified Model - Max. Torque
•在涡轮机选型的时候,需要 选择turbine layout这种方式 •此时discharge coefficient这 是数值是计算的初始估计值 。程序会根据用户设定的目 标压力计算出这个量的实际 数值,推荐这个初始值设置 为0.1 •另外压气机的效率和涡轮机 的效率是输入的边界条件, 其数值的选取用户可以根据 涡轮增压器的特性图进行估 计,对于增压器来讲,最大 扭矩点接近增压器的最高效 率区,涡轮机可根据估计的 膨胀比查出相应的效率数值
11
Main Engine Data
12
对于中小型的柴油机和增压汽油机,其匹配的涡轮增压器往往是带有废气放气阀的,放 气阀在最大扭矩点之后开启。因此在一开始的涡轮机选型的过程中,可以选择最大扭矩 点作为计算始点。针对不带有放气阀的大型柴油机,可以选择标定点作为匹配计算的开 始点。 首先进行涡轮机的选型,此时需要用户估计匹配点的增压压力,具体公式如下(可参考 BOOST用户手册:BOOST_UsersGuide.pd第七章涡轮增压器匹配一节):
Turbocharger 涡 轮 增 压 器
Characteristic values: (John B. Heywood: „Internal Combustion Engine Fundamentals“, McGraw-Hill Book Company)
& cor = m N cor
& T0,in m p0,in
pressure ratio, Efficiency : total to total
Turbine:
& corr = corrected massflow m
& T3t kg K m p3t s ⋅ bar pressure ratio : total to static
8
4
98.200
3,5
88.380 75 78.580 77 79 68.740 70
For sonic flow
ψ = ψ max =
2 κ + 1
κ κ −1
1 κ −1

κ κ +1
Critical pressure ratio
pk 2 = p0 κ + 1
24
TC Simplified Model - Low End
Store file as: TC_800_simp.bwf and start calculation
ηCTT
p02 −1 T0 S 2 − T01 p01 = = T02 T02 − T01 −1 T01
κ −1 κ
κ 1 −1 & 1c p ,1To1 p02 κ1 m & = −W − 1 C ηCTT p 01
涡轮机膨胀比与动轮速比之间的关系: 涡轮机膨胀比与动轮速比之间的关系:
d t Πncor a= p4 κκ−1 1- ( ) p 03
a dt κ R p4 speed ratio 动轮速比 turbine wheel diameter 动轮直径 ratio of specific heat (ca. 1.36) 比热比 gas constant (ca. 287 J/kg/K) 气体常数 turbine outlet static pressure 涡轮机出口静压 turbine inlet total pressure 涡轮机进口总压 3.14159....
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