柴油机与涡轮增压器的匹配
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
船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究[1]
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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
时，压气机的工作区域绝
大部分其绝热效率高于65%。
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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
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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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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。
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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)
低速船用柴油机与涡轮增压器的匹配
废气涡轮增压技术是提高船用柴油机功率、降低燃油消耗率和减少排放的一项重要措施。
船用柴油机废气涡轮增压器是在某一确定的静态条件下设计的，当投入营运时随着环境条件的变化，必然会引起涡轮增压器性能的改变，出现诸如增压器工作不稳定、压气机出现喘振、废气涡轮出现阻塞、柴油机排气温度过高等现象，导致柴油机达不到预期的增压效果。
因此，柴油机与增压器的匹配是否良好，对柴油机的运行起着十分重要的作用。
一、WinGD低速柴油机与涡轮增压器的性能匹配所谓柴油机与增压器的匹配，严格来说应该是柴油机与增压系统的匹配,即柴油机和增压器的空气压力、流量等参数的合理匹配，使柴油机的性能（油耗率、排气温度、排放物等）达到最优。
WinGD公司要求所有不同额定功率转速点的柴油机都要进行增压器匹配试验，同时该匹配试验需在额定转速功率点进行。
5RT-flex50-D柴油机是WinGD公司推出的新型二冲程、单作用、可逆转、废气涡轮增压器、低速超长冲程船用低速柴油机，该柴油机与涡轮增压器性能匹配主要目的是使柴油机在不同工况下运行均能达到所需的扫气压力、增压器效率、工作在喘振裕度范围内，以确保船舶的安全运行。
1、增压器性能参数的换算（1）参考条件WinGD船用柴油机设计工况及参数计算是根据ISO3046标准确定的，进行增压器性能匹配所测的数据均须转换为ISO工况条件后再进行参数对比调节。
ISO标准工况参数如下:空气进口温度: T1≈25℃淡水冷却剂: t1≈35℃淡水冷却的扫气温度: T2=29℃海水冷却剂:t2≈35℃海水冷却的扫气温度: T3=25℃CMCR工况排气背压:P1=300mmWG≈300Pa（2）ISO工况下扫气压力p值根据5RT-flex50-D型柴油机调试指南要求，调整好爆压和NOX排放，然后再调节扫气压力。
额定扫气压力取决于柴油机额定功率点平均有效压力，各额定功率转速点ISO工况要求的额定扫气压力值参照WinGDR-Tuning软件中数值，R-Tuning软件标定了WinGD5RT-flex5O-D柴油机在ISO工况下所有功率转速点所要求的各项性能参数值。
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）。
增压器匹配介绍
图（4）
交叉点在50%额定负荷下列为宜
2023/12/3
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（6）从瞬态参数分析，扫气期间不倒灌、气 缸压力不小于排气管压力而不不小于进气管 压力，进气压力不波动为宜。如图（5）
图（5）进气压力波动不不小于5%，排气管 压力上升、下降要快，下降后无反射波
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3、各原因对增压匹配旳影响及调整措施 柴油机和压气机 ①柴油机对压气机旳要求： 压气机效率要高，因为压气机效率高，在一定压比
如如压气机压力偏低，流量偏小，而增压器转速己到达要求，可调压气机来到达 要求
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（3）柴油机和排气管 对脉冲增压，一根好旳排气管，既能使脉冲能量利
用率高，又能使增压器效率高，柴油机扫气效果好， 所以是增压匹配旳主要内容。对排气管旳要求如下： 要有合理旳分枝：根据缸数不同，脉冲增压有双脉 冲、三脉冲、四脉冲之分。分枝时要防止部分进气 和压力波相互干扰。 6缸、12缸柴油机采用三脉冲最佳，此时压力波间 隔240℃A，和排气连续角相同，既无部分进气现象， 又无压力波相互干扰现象，既确保脉冲波效率高， 扫气效果好，又无叶轮断裂之忧。
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3
这种匹配假如搞旳不好 ，将引起下列后果：油耗率 高、排气温度高、烟大、排放物多；增压器喘振、 涡轮叶片断裂等。
例190系列柴油机研制中迂到下列问题：
不增压820马力，增压后700马力，经在匹配上改善， 由700马力 900马力 1100马力 1400马力。由无 叶 有叶 减小fc 加长喷嘴环叶片 调fc
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（4）柴油机和进气管：
柴油机进气管也是匹配旳主要部件。对其要求如下：
涡轮增压器与柴油机全转速范围内联合运行关系模型
Ｇ ～ …
（） ［ （ ） 】 象 ＝ 南 ’ 一
７ ≥ １ ８ ｒ ．３ （） ９
对 于柴 油机 ， 当过量 空气 系数大 于 １ ５时 ， ． 若
使 用进气 流量 代替排 气 流量 时 ， 差 不大 于 ３ ， 误 ％
可 以用进 气 流量代替 排气 流量 。此 时 当量 喷嘴 的 流 通特性 为
ｎ —柴 油机 转速 ， ｒ ｎ — ｒａ ； ／ｉ
— —
而在使用多个增压器 的相继增压系统 中， 增压器 和柴 油机 的 匹配 不再 直 观 ， 相 继 增 压 的 阶段 划 给
分 和各增 压器 的大 小选择 以及 相继 增压 系统 的优
柴油 机排 量 ， ｍ；
＇ —— 充量 系数 ； ７
ｕ ｆ 一
Ｐ 。。ｖ ｈ・ｎ ・ｂ
＾１ ＾ ｎｎｎ
配方 法 能够直 观地 了解在 匹配点 时柴油 机运 行特
（） ４
性 和增压 器大 小之 间 的关 系 ， 法 直 观 了解 柴 无
油机 和增 压器 在 柴 油机 整 个 转 速 内的 匹配 性 能 。
式 中 ： Ｇ—— 通 过压 气机 的质 量流量 率 ，ｇｓ ｋ／ ；
间 的平衡关 系 Ｊ 。 Ｇ ＝ Ｇ ＋Ｇ ｆ （ｒ）ｋ １ｋ 一１ 叼。 Ｔ／ ｏ× ７ （－ ／ ｃ ）ｃ ｔ・ ｔＴ
４ ６
（ ） ：
７ ｒ
・ ＂ｎ ］ 一＇） ｈ（ ｔ１ ａ ｒ ｉ
＜ １８ ． ３时 （ ６ １）
（０ １）
Ｉ 鲁１ｉ 、 １ （ｉ＝＋ ｃ ／ 南 ） 口 ｋ ＋
到表征两个压 比的比值 随柴油机转 速、 最高转速的压 比变化 的 ＭＡ Ｐ图。与某 型柴油机实验结果 的对 比表 明 ， 该模 型可以较准确地 预测两个 压比之间的关 系。模 型还 给出获得 同样的增压压 比时 ， 低速和高速之间 匹配 的 涡轮 当量面积 的关系 。