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]
![船用柴油机与涡轮增压系统匹配及性能研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/f500d4553b3567ec102d8a56.png)
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
18
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(3)
2021/7/1
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。
2021/7/1
27
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。
2021/7/1
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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）。
第五章 柴油机与涡轮增压器的匹配
第五章柴油机与涡轮增压器的匹配山东大学学院能源与动力工程学院能源与动力工程第五章柴油机与涡轮增压器的匹配本章的主要教学内容：1.增压特性匹配及联合运行线的调节2.增压柴油机的热负荷及解决途径3.增压柴油机的机械负荷及解决途径4.改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径第五章柴油机与涡轮增压器的匹配教学目的与要求:要求比较系统地掌握：增压特性匹配及联合运行线的调节；增压柴油机的热负荷及解决途径；增压柴油机的机械负荷及解决途径；改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节在压气机特性曲线上，将该工况下以增压比和空气流量表征的增压器和柴油机联合运 5.1.1 联合运行线行点确定下来，柴油机按某一特性运行时的所有工况点都可在压气机特性曲线上确定下来，形成增压器和柴油机联合工作后的联合运行线。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.2 涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.3 联合运行线的调节5.1.3.1 涡轮喷嘴环出口通流面积的调整改变涡轮喷嘴环出口通流面积的方法是用改变运行线的方法适应压气机特性5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节最佳喷嘴环出口流通面积寻找方法5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.3.2 改变压气机扩压器的进口角改变压气机特性线的方法的方法适应运行线5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.1 增压柴油机的热负荷问题5.2.2 热负荷的一种表达式5.2增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.3 影响热负荷大小的主要因素分析5.2.4 降低热负荷的主要措施5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.1 适当增大进、排气门叠开角5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.2 增大叠开期内的进、排气管压力差5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.3 增大进、排气门的时间-截面5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.4 增压中冷5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.5 强化冷却系统5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.6 改善供油系统及燃烧系统5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.1 增压柴油机的机械负荷问题5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2 降低机械负荷的途径5.3.2.1 适当降低柴油机的压缩比5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.2 适当减小供油提前角5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.3 调整涡轮增压器5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.4 优化供油系统5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.1增压柴油机低工况性能分析5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.1增压柴油机低工况性能分析5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.2 改善增压柴油机低工况性能的措施5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.2.2 采用高工况放气对车用发动机来说，为解决低工况的性能问题，较多采用如图所示的高工况放气系统。
柴油机与废气涡轮增压器的匹配设计-毕业设计
毕业设计（论文）题目柴油机与废气涡轮增压器的匹配设计院（系）热能与动力工程学院专业班级学生姓名学号指导教师职称副教授评阅教师职称201_年6 月_ 日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。
与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计（论文）作者（签字）：年月日摘要本次设计的题目是柴油机与废气涡轮增压器的匹配设计。
涡轮增压器，因为它可以提高发动机的性能，并提高发动机的燃油经济性和排放特性，已被采纳到各种柴油机。
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) c T m
3. 涡轮增压器与柴油机配合运行点的确定
问题： 如何根据发动机工况以及涡轮增压器几何确
定两者的配合运行点？
功率平衡:
kT 1 k 1 kT p kT k 1 T ' k mk RT0 k 1 mTm RT TTm 1 0 Tm pTm k 1 kT 1 k
曲线 1 是柴油机以标定转速运转的等转速线。柴油机 在这个标定转速下 ，随着负荷的增大 ，废气能量增加
→nTk↑↑→πk↑↑→pz↑；柴油机在标定转速时的 pemax受
到nTkmax、pz和TTmax的限制。 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。
压气机压比 涡轮流量 涡轮膨胀比
4. 涡轮增压器与内燃机配合特性分析
涡轮增压器与柴油机的配合特性曲线指的是二者联 合运行的工作线。 分析匹配优劣的主要方法：
将内燃机耗气特性线叠合到离心式压气机特性线上
去，根据两组特性线的相对位置来进行分析研究。
什么是内燃机耗气特性线？
涡轮增压器与柴油机的配合特性线 1――柴油机标定转速运转的等转速线；2――油机最低转速运行线； 3――柴油机外特性线；4――柴油机按螺旋桨特性工作的运行线
式中，β——脉冲涡轮功率放大系数
kT k 1 RT K1 kT 1 k R TTm kT T0
' ' m
p m k k 1 K1 ' Tm p0 mk
kT 1 k 1 pT0 T pTm
WT C T (1
p 0
1
k 1
k
) Tad
内燃机与涡轮匹配是否良好主要看涡轮流通能 力的选择是否合适：
涡轮流通特性线上标上内燃机工作特性线，如果内燃
机工作线偏离该型号涡轮的流通特性线，则选择较大型号
或较小型号的涡轮；如果内燃机和涡轮二者流通特性相差 不大，则可变换涡轮喷嘴环面积来改变涡轮的流通能力，
k k 1
通过涡轮的流量：
mTm T FT T Tm 2 RT TTm T FT T pTm TTm 2 RT
式中， αT—— 脉冲系统流量缩小系数； ρTm—— 涡轮前平均
燃气密度；ψT——通流函数。
kT 1 2 k k 2kT pT 0 T pT 0 T T kT 1 pTm p Tm
(1) 压气机喘振的调整
① 增压器和柴油机的流量不匹配，增压器的流量偏大：
可选小一点型号的涡轮增压器，使运行线脱离喘振线； ② 压气机和涡轮不匹配，压气机通流能力过大或涡轮
通流能力过小，致使压气机的运行点进入喘振区： a. 加大涡轮喷嘴环喉口面积或动叶喉口面积 b. 减小压气机喘振流量
第八章 涡轮增压器与内燃机的匹配
涡轮增压器：旋转式机械
发动机：往复式机械
1.与内燃机匹配的涡轮增压器要求：
（1）满足内燃机所需的增压压力和空气流量；
（2）稳定工作，不发生喘振或堵塞
（3）联合运行线穿过压气机高效区（平行）；
（4）涡轮增压器可靠工作，不超速，不超温。
2. 内燃机与涡轮增压的匹配内容
内燃机运行线与压气机等效线相平行， 喘振裕度：应防止内燃机耗气特性线处于压气机的低 效区或过于接近喘振线，甚至穿过喘振线，一般要求内 燃机低转速时的耗气特性线离开喘振线的距离约为10%
的喘振流量。
良好匹配的MAP图是什么样子？
2.2 涡轮与内燃机的匹配
涡轮功率与发动机排气温度、压力直接相关
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↓，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，故n↓→mk↓。此时
运行线易穿过喘振线。 曲线4是按螺旋桨特性工作的运行线。它处于外特性运 行线3和等转速运行线1之间。
涡轮增压柴油机的“伞形”运行范围
2.3 压气机与涡轮的匹配
1 流量守恒： m T m c m e m c c m L0
转速相等： nc nT 功率平衡：
c C T ( c m
pc 1 kc 1 kc
T C T (1 1) m
pT 3
1
T
kT 1 kT
pc c RTc c p0 0 RT0
100000
1.400 80000 60000 1.200 1.000 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200
Corrected air flow(kg/s)
发动机与压气机良好匹配特征：
效率：内燃机特性线穿过压气机的高效区，且最好使
匹配结果评价
一个好的匹配需要满足以下要求
好的低速转矩 好的外特性油耗（BSFC） 排烟小 排放好 加速性好 增压器不超速 增压器不过热 满足所有工况下的转速、叶轮效率和温度限制 满足增压度要求和整体密封性要求
转速
高海拔裕量
满足机械方面的要求
性能
性能
5. 涡轮增压器与柴油机配合特性线的调整
内燃机与压气机；
内燃机与涡轮；
压气机与涡轮
2.1 压气机与内燃机的匹配
Compressor type JEF7-3B
4.200
N e g e s L0 m 103 3600
2Vh nv s m c 103 i 60
Pressure ratio
4.000 3.800 3.600 3.400 180000 3.200 3.000 2.800 160000 2.600 2.400 78% 2.200 140000 76% 74% 120000 70% 68% 64% 60% 56% 2.000 1.800 1.600 80% 200000rpm