增压器匹配
增压器匹配指南[1]
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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
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
增压器与内燃机的匹配
匹配对象
优化增压器和发动机得联合工作性能
• 选择压气机,以提供燃烧所需得适量空气, 并满足:
– 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错得 效率
– 高海拔裕量 – 合适得喘振边界
• 选择涡轮机,以驱动压气机,并满足:
– 无废气放气阀时
• 兼顾低速高功率要求和最大气缸爆发压
– 带废气放气阀时
gk ＝Gk/Ne*3600 (kg/kw、 h)
四冲程:5、85-7、5
其中水冷:5、86-6、8,
ge高和大时取大值, n大取小值
4. 由发动机参数计算容积流 量iVhnk
9
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
10
5. 查图得到Gk
6. 在压气机特性曲线上标出 点(Gk,pk/p0)
10. 由T和nT(nnp)在涡轮流 通特性图上得到 GT TT
pT T
n T0
GT TT pT
23
10. 核算GT就是否一致,若不一致, 重选TT,直到GT一致
11. u
DnT
c0
2
k
k' '
1
RTT
k '
1
k T
'
1
12. 从涡轮特性曲线上得到T
T
u/c0
13. 按前面公式求得X 14. 检验功率就是否平衡？
依据 Gk＝10~30%Gk,选用最合适得增压器
11
计算公式得推导: 1) 建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间得关系
体积流量
V0＝
iVh nvs
2 60
103
m3 / s
i : 缸数；Vh工作容积（L）； n:标定点转速； s：扫气系数
增压器匹配
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
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)
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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)
2021/7/1
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)
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
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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不增压820马力，增压后700马力，经在匹配上改进， 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
8v四脉冲比双脉冲油耗率高5g/kWh，排气温度高 30℃，功率低130kW
双脉涡轮断叶片（70h左右）
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如柴油机最大功率工况压比小、或流量小， 此时易造成柴油机性能不好。此时应分别对 待：如流量、压比同时低，应同时加大压气 机进口直径和叶轮外径尺寸。如流量可以、 压比低，应加大压气机叶轮外径尺寸。如流 量低、压比可以，应加大压气机进口直径。
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对四、八、十六缸柴油机往往采用双脉冲，此时压力波间隔 360℃A，甚大于排气持续角，脉冲波幅度人大，无互相干 扰现象，有利于扫气。但由于有部分进气现象，涡轮效率低， 压比越高，影响越大。而且还有叶片受冲击力大、易造成叶 片断裂之害。压比大于2.5者一般不予采用。
对四、八、十六缸柴油机有时采用四脉冲，此时压力波间隔 180℃A，甚小于排气持续角，脉冲波幅度引小，有互相干 扰现象，造成排气倒灌，不利于扫气。为防止倒灌，尽量减 小气门重迭角，这又导致排温高、油耗高。但由于无部分进 气现象，叶片受冲击力小，工作可靠。济柴8V柴油机比12V 柴油机油耗高、排温高就是这个原因。
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3、各因素对增压匹配的影响及调整方法 柴油机和压气机 ①柴油机对压气机的要求： 压气机效率要高，因为压气机效率高，在一定压比
下，空气流量大，压气机后气温低 不同用途的柴油机要求压气机效率曲线形状不同。 按负荷特性、推进特性工作的柴油机，希望效率曲
线园圈在纵斜方向长一些，而对于按外特性工作的 柴油机，则希望效率曲线园圈在横斜方向长一些， 高效区要宽广。匹配时使最大扭矩点落在高效区。 如图（6）所示。
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增压匹配的内容包括以下方面：压气机、燃 气涡轮、排气管、进气管、中冷器、空滤器、 消声器、进排气凸轮轴型面、配气相位、运 转参数（工况）、环境参数（气温气压）。
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这种匹配如果搞的不好 ，将引起以下后果：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。
计几种机型为5.32-5.8kg/psh 根据计算：（己知压比）
目前在匹配时有两种作法：
低压比大流量，用在对排放、爆压、排温要求高，体积、加 速性要求不太高情况。
高压比小流量，用在对排放、爆压、排温要求不太高，体积、 加速性要求高情况。
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（5）从进排气压力稳态参数分析扫气效果衡 量，看进排气压力曲线交叉点位置。如图（4）
图（4）
交叉点在50%额定负荷以下为宜
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（6）从瞬态参数分析，扫气期间不倒灌、气 缸压力大于排气管压力而小于进气管压力， 进气压力不波动为宜。如图（5）
图（5）进气压力波动不大于5%，排气管压 力上升、下降要快，下降后无反射波
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（2）柴油机和燃气涡轮 ①柴油机对燃气涡轮的要求： 柴油机运行范围应在涡轮高效区。对径流式增压器这个问题不大。一般可满足要
求。如图（9）
图（9） 涡轮有足够的流通能力，即合适的喷咀环面积或涡壳流通面转及和压气机的能量
平衡。即涡轮提供的功率不能太大，以致使压气机超速和流量过大，易造成喘振； 也不能提供能量过小，以致使压气机流量不足，满足不了要求。
②调整 如压气机压力偏低，流量偏小，而增压器转速未达到要求，可将喷咀环面积调小力偏低，流量偏小，而增压器转速己达到要求，可调压气机来达到 要求
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（3）柴油机和排气管 对脉冲增压，一根好的排气管，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， 所以是增压匹配的重要内容。对排气管的要求如下： 要有合理的分枝：根据缸数不同，脉冲增压有双脉 冲、三脉冲、四脉冲之分。分枝时要避免部分进气 和压力波互相干扰。 6缸、12缸柴油机采用三脉冲最好，此时压力波间 隔240℃A，和排气持续角相同，既无部分进气现象， 又无压力波互相干扰现象，既保证脉冲波效率高， 扫气效果好，又无叶轮断裂之忧。
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有一定的喘振裕度
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②调整
如柴油机耗气曲线在高效区右边，如图（7） 说明增压器流量小，将使柴油机排气温度升 高。此时可采取三方面措施：选大一号增压 器；加大压气机流通部分尺寸，如加大进口 直径、或加大叶轮宽度；如是叶片扩压器， 则应减小扩压器流通截面积或减小无叶扩压 器宽度。
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（4）合适的压比，足够的流量，高的效率 压比：考虑流量、爆压、排放等因素。 根据经验选取；根据和pe的对应关系 根据计算：（己知流量） 流量： 根据经验，一般5-5.5kg/psh，低于4.8kg/psh排温太高，统
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如柴油机耗气曲线在高效区左边，如图（8）。 说明增压器流量大，将易发生压气机喘振。 此时可采取三方面措施：选小一号增压器； 波小压气机流通部分尺寸，如减小进口直径、 或减小叶轮宽度；如是叶片扩压器，则应扩 大扩压器流通截面积或加大无叶扩压器宽度。
2020/4/6
涡轮增压器 与发动机匹配介绍
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1.概述
所谓柴油机与增压器匹配，严格说应是柴油 机和增压系统（包括与增压有关的零部件） 的匹配。即柴油机和增压器的空气压力、流 量等参数合理匹配，使柴油机的性能指标 （油耗率、排气温度、排放物等）达到最优， 工作可靠 。
2020/4/6