带废气调节阀的可变几何涡轮增压器性能试验研究
浅谈内燃机用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶型分析与设计
浅谈内燃机用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶型分析与设计作者：何奔来源：《科技创新与应用》2014年第36期摘要：可变几何涡轮增压技术已被认为是现代柴油机的关键技术之一。
文章针对旋转叶片式可变几何涡轮增压器喷嘴环，对各类型喷嘴环叶片做了分析与设计比较。
关键词：可变几何涡轮增压器；喷嘴环；叶片；叶型为了适应不断严重的能源危机和更加严格的排放法规，深入探求燃烧过程的物理化学机理，寻求更为有效的组织柴油机燃烧过程的最佳途径成为柴油机研究领域的重要课题。
采用增压技术可以大幅度的提升柴油机动力性，改善柴油机的油耗，提高经济性。
但随着排放法规的日益严格，传统的废弃涡轮增压器已不能满足柴油机性能和排放的需求。
由此催生出一系列新的增压技术，可变几何涡轮增压技术便是其中一项。
可变几何涡轮增压器由于可以在全工况范围内实现与柴油机的良好匹配，且在涡轮流速比、增压器工作效率等方面明显优于其它型式的可变截面涡轮增压器，因而获得了很大的发展，并被认为是现代柴油机的关键技术之一。
1 可变几何涡轮增压器工作原理可变几何涡轮增压器的调节方法主要有舌形挡板式、可变喉口式和旋转叶片式。
这里我们着重介绍旋转叶片式可变几何涡轮增压器。
旋转叶片式可变几何涡轮增压器（如图1所示）是通过改变涡轮的流通截面来实现与柴油机在各个转速下的最佳匹配。
发动机低转速运转时，旋转喷嘴环叶片，减小喷嘴环截面积，涡轮转速上升，增压压力增加，保证了低转速时的增压压力和进气量，提高了空燃比，使燃料充分燃烧，防止了冒黑烟问题的产生；发动机高转速运转时，反方向旋转喷嘴环叶片，增大喷嘴环截面积，涡轮转速下降，防止增压器超速。
发动机加速时，为了提高增压器的响应速度，可以减少喷嘴环截面积，提高增压器转速，从而提高增压压力和进气量，满足瞬态工作时的进气要求。
旋转叶片式可变几何涡轮增压器是目前采用的最为广泛的方法。
2 可调喷嘴环叶片的结构形式喷嘴环又可称为叶片导向器，其作用就是将来自涡轮壳的燃气按一定方向送入叶轮并赋予叶轮一定的圆周速度。
汽车新技术---可变几何截面涡轮增压器
汽车新技术---可变几何截面涡轮增压器成员：梁天才2号，徐坚青3号，黄觉雨6号，刘崇柏10号，刘桂雄13号。
（车辆四班）陈加鹏5好，陈俊晔54号。
（车辆三班）一、设计背景普通涡轮，如果想追求油门响应，就得降低惯性，也就是降低质量，这样不得不用小型涡轮，但最高功率就没那么大了。
相反，用大涡轮，马力是很足（仅高转速时）但涡轮对于油门的反应比较迟缓，不达到一定转速发动机就没有力。
这是一项根据发动机转速控制涡轮叶片的技术。
主要是克服涡轮发动机低转速时反应迟钝（涡轮迟滞），并且同时不损失高转速时的功率。
电控可变涡轮叶片几何技术，它能让涡轮在较低发动机转速下达到更高的涡轮转速，使汽缸增压有明显的改善，功率及扭力方面相应有明显的提升，在较低转速时也可达到最大扭力，并可维持在一个较广的旋转范围内。
二、设计产品简介可变几何截面涡轮增压器的核心部分就是可调涡流截面的导流叶片，从下图上我们可以看到，其创新点是在涡轮的外侧增加了一环可由电子系统控制角度的导流叶片，导流叶片的相对位置是固定的，但是叶片角度可以调整，在系统工作时，废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上，通过调整叶片角度，控制流过涡轮叶片的气体的流量和流速，从而控制涡轮的转速。
当发动机低转速排气压力较低的时候，导流叶片打开的角度较小。
根据流体力学原理，此时导入涡轮处的空气流速就会加快，增大涡轮处的压强，从而可以更容易推动涡轮转动，从而有效减轻涡轮迟滞的现象，也改善了发动机低转速时的响应时间和加速能力。
而在随着转速的提升和排气压力的增加，叶片也逐渐增大打开的角度，在全负荷状态下，叶片则保持全开的状态，减小了排气背压，从而达到一般大涡轮的增压效果。
此外，由于改变叶片角度能够对涡轮的转速进行有效控制，这也就实现对涡轮的过载保护，因此使用了可变几何截面涡轮技术的涡轮增压器都不需要设置排气泄压阀。
需要指出的是，采用可变几何截面技术的可变几何截面涡轮增压器只能通过改变排气入口的横切面积改变涡轮的特性，但是涡轮的尺寸大小并不会发生变化。
变几何涡轮增压器关键技术分析
作者： 郭军
作者机构： 中航工业燃气涡轮研究院,四川江油621703
出版物刊名： 科技资讯
页码： 95-95页
主题词： 变几何涡轮增压器 涡轮增压器 关键技术 途径
摘要：变几何涡轮增压器（英文缩写VGT）属于国家高新技术成果转化项目，是国家节能降耗缓解石油资源紧缺，强制控制发动机排放污染的急需项目，该技术被誉为内燃机发展史上第二个里程碑。
开展汽车发动机节能降耗、降低排放烟度、提高低速，当前最现实可行的技术方法之一就是应用变几何涡轮增压器。
它解决了常规的废气涡轮增压器存在的油耗大、低速扭矩特性差、起动响应慢和低速排放烟度大等缺陷。
天然气发动机可变喷嘴涡轮增压器匹配研究
天然气发动机可变喷嘴涡轮增压器匹配研究
郝利君;葛蕴珊;黄英;张付军;朱辉
【期刊名称】《内燃机工程》
【年(卷),期】2010(031)001
【摘要】针对488天然气发动机匹配了可变喷嘴涡轮增压器(VNT),设计了电子控制系统,并通过发动机试验研究了VNT匹配规律.天然气发动机VNT调节规律不仅与节气门开度(负荷)有关,也与发动机的转速有关.匹配试验结果表明:采用VNT增压技术后天然气发动机的功率和转矩显著提高,最大功率从58kW提高到73kW,最大转矩从156N·m提高到212N·m,且最大转矩点转速降低,大幅度改善了天然气发动机的动力性与经济性.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】郝利君;葛蕴珊;黄英;张付军;朱辉
【作者单位】北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;北京益麦斯(EMS)科技有限公司,北京,102209
【正文语种】中文
【中图分类】TK464
【相关文献】
1.可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配分析 [J], 王恩华;周明;李建秋;欧阳明高;王戈一
2.带有可变喷嘴涡轮增压系统的天然气发动机试验研究 [J], 魏名山;马朝臣;成森;郝利君;王延生;王舜琰;张焕新
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4.VTR251涡轮增压器与12SGT纯天然气发动机的匹配研究 [J], 何健;周和平
5.天然气发动机涡轮增压器匹配的研究 [J], 李博;郑清平;张杰忠;马春燕
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可变涡轮增压技术及其实验研究
Study of Variable Turbocharge Technique and
Experiment
作者： 王会
作者机构： 北京工业职业技术学院,北京100042
出版物刊名： 北京工业职业技术学院学报
页码： 40-42页
主题词： 涡轮;增压器;柴油机;扭矩
摘要：常规的增压器存在与发动机协调性差、压力不可调、发动机有效运行区间窄、低速扭矩小及加速性能差等问题，与车用发动机要求有较高的扭矩储备和加速性能大不相符。
为了改善增压发动机的低速扭矩特性和动态响应特性采用可变几何截面增压系统，根据发动机运行状况，调节增压器的有效流通面积，使其低速时以小流量运行高速时以大流量运行。
可变几何部件对某增能涡扇发动机性能的影响
进口内外涵面积比对等低压换算转速下发动机性能的影
响 [１６] ꎮ 骆广琦等人基于变循环发动机模型研究亚音速巡航
点与超音速巡航点几何变量组合调节对发动机性能的影
响[１７] ꎮ 唐鸿羽等人提出增压级可调放气阀门控制规律设计
方法ꎬ结果表明设计满足增压级与高压压气机匹配性[１８] ꎮ
２００
ΔＴ ４ / Ｋ
ΔＴ ６ / Ｋ
０.２
０.２
０.２
０.０
０.３
０.３
０.２
０.０
０.２
０.１
Δｎ ２ / ％
０.００
０.００
０.００
０.０１
０.０２
Δｎ ２Ｒ２５ / ％
ΔＳ ｆｃ / ％
ΔＦ / ％
０.００
－０.６１
－０.４２
０.００
０.００
０.００
０.００
第一作者简介:赵伟辰(１９９４—) ꎬ男ꎬ河北乐亭人ꎬ硕士ꎬ研究方向为航空发动机总体性能设计ꎮ
１９９
电气与自动化
赵伟辰ꎬ等可变几何部件对某增能涡扇发动机性能的影响
定工况和特定部件ꎬ而发动机不同作战任务工况控制状态
存在差异性ꎮ 为了对现有发动机几何控制规律优化提供
参考方向ꎬ同时为发动机多系统联合仿真提供试验数据支
表中正负表示与发动机原始状态性能参数差值ꎮ
表 ２ ０ ｋｍ、０.２ Ｍ ｎ１ 控制工况点 α１ 调节性能
ΔＷ１ Ｒ / ( ｋｇ / ｓ)
πｆ
ΔＳ Ｍｆ / ％
－０.９４
－０.０３１
－０.１６
０.００
０.０００
０.００
－０.４７
可变几何涡轮增压器的研究与设计
题目可变几何涡轮增压器的研究与设计可变几何涡轮增压器的研究与设计摘要：普通发动机在低速时不能产生所期望的高增压压力。
普通涡轮增压器与车用柴油机的匹配，在实际应用中主要存在问题为：低速转矩不足；低速和部分负荷时经济性差；起动、加速性能差；瞬态响应性迟缓；冒烟严重。
对可变几何涡轮增压器(VGT)展开研究，可以解决常规涡轮增压柴油机存在低速转矩不足、部分负荷经济性差以及瞬态响应迟缓等问题这些问题对发动机都有着十分重大的意义，如果将解决了这些问题，对发动机性能的提升将会是十分巨大的，这也正是可变几何发动机的巨大潜力所在。
增压器的设计内容复杂，一般方法需要梳理和总结。
本文系统总结增压器设计的一般方法，利用这些方法和国家标准设计出可变几何涡轮增压器的各个参数。
关键词：增压器；涡轮增压器设计；可调喷嘴环控制；可变几何涡轮增器（VGT）；The variable geometry turbocharger research and designAbstract：Ordinary turbocharged system exist many problems; engine speed cannot produce expected high pressurization pressure. Specific to ordinary turbocharger and automotive diesel engine matching, in actual application the main existing problems is: low torque is insufficient;Low Performance in the partial load moment; Startup, acceleration performance is poor; The transient response large delay;Smoked excessively Research for variable geometry turbochargers (VGT), which can solve the existing conventional turbocharged diesel engine torque insufficiency at low speed, part load performance is poor, and slow transient response etc. These problems in engine are very important sense, if will solve these problems, the ascension of engine performance will be improve largely, and this is why variable geometry engine in the huge potential.The general method of turbocharger design, requires to comb and to summarize. This paper summarizes the general method of turbocharger design. Design the various parameters of the variable geometry turbocharger, by of these methods and national standard.Keywords: supercharger; Turbocharger design; Adjustable nozzle ring; Variable geometry turbochargers（VGT）;目录摘要及关键词 (I)Abstract and keywords (I)1 绪论 (1)1.1增压技术以及主要的增压类型 (1)1.2涡轮增压器的发展现状 (2)1.2.1 涡轮增压器历史 (2)1.2.2 现今车用涡轮增压器的特点 (3)1.2.3 车用涡轮增压器零部件改动与革新 (4)1.3传统涡轮增压器与可变几何涡轮增压器 (5)1.3.1 传统涡轮增压器的问题 (5)1.3.2 解决这些问题曾经采用过的方法 (6)1.3.3 可变几何涡轮增压器 (7)1.3.4 可变几何涡轮增压器的优势 (9)1.3.5 可变几何涡轮增压器的国内外研究现状： (9)1.4本文研究内容 (11)2 一般径流涡轮增压器的设计方法 (12)2.1设计思路 (12)2.1.2 径流涡轮增压器基本工作原理 (12)2.2静子初步设计 (13)2.2.1 涡壳 (13)2.2.2 导流叶片 (15)2.2.3 叶轮设计 (17)2.2.4 叶轮进口设计 (18)2.2.5 比转速在设计中的应用 (23)2.2.6 本章小结 (25)3 涡轮增压器和发动机的匹配 (26)3.1常规涡轮增压器与发动机的匹配 (26)3.1.1 发动机与涡轮的匹配 (26)3.1.2 压气机与涡轮的匹配 (26)3.1.3 发动机与增压器的匹配 (27)3.2VGT与发动机的匹配要求 (27)3.3可变喷嘴环和发动机匹配 (28)3.4本章小结 (29)4涡轮增压器设计 (30)4.1设计基本初始数据 (30)4.2涡轮轮径与原始最大叶高的选择 (30)4.2.1 涡轮进气参数的确定 (30)4.2.2 轮径的算选与确定............................................ 31 4.3 涡轮叶片按高度分档的方案选择 ................................... 32 4.4 叶片扭曲规律的选择 ............................................. 34 4.5 叶栅设计与叶片造型 ............................................. 34 4.5.1 沿叶高各截面叶栅的设计...................................... 34 4.5.2 导叶和动叶数目的选取........................................ 35 4.5.3 叶片各截面轴向宽度B 的选取.................................. 35 4.5.4 攻角和落后角的选取.......................................... 36 4.5.5 叶形进、出气半径1r 和2r 的选取 ................................ 36 4.5.6导叶径向线的选取 ............................................ 36 4.6 涡轮叶片的强度计算 ............................................. 36 4.7 本章小结 ....................................................... 38 5 总结与结论 ......................................................... 38 6 结束语 ............................................................. 39 参考文献 ............................................................. 41 附件1 实习报告附件2 柴油机外形图(CAD, 1#) 附件3 涡轮涡壳(CAD, 3#) 附件4 涡轮叶片(CAD, 3#)符号说明A 面积，m2B 叶栅轴向宽度，mC 压气机D 直径，mE 杨氏模量，PaF，f 截面积，m2G 质量流量，kg/m3J 热功当量，W/m2·KH 绝对总焓，JL 高度或长度，mM 马赫数P压力，NQ 热通量，w/m2Re雷诺数T 绝对温度，Ka 音速，m/sb 叶形的弦长，mc 比热；绝热流速，m/sg 重力加速度，m/s2h 焓，Ji进气攻角，n 转速，rpmn g比转速，P压强，J/kgr 半径，ms 熵，J/Kt 栅距，m2u 圆周速度，m2/sv比容，kJ/kg·°C，w 相对速度z 叶片数希腊文ω每秒钟转速，rad/mη效率α绝对气流角β相对气流角π增压比或膨胀比ρ密度，kg/m3ξ损失系数θ导风轮叶片张角λ速度比γ比重ν运动粘性系数，m2/sμ动力粘性系数，kg/m·s 上角标* 滞止度“_”表示流面微分下脚标ax 轴向ad 绝热状态C 压气机cr 临界状态mean 平均值max 最大min 最小n 法向o 进口状态P 定压；叶栅压力s 等熵，叶片吸力面t 顶部T 涡轮v 定容ω表示相对坐标0 涡轮进口状态1 涡轮导叶出口2 涡轮动叶出口1 绪论1.1增压技术以及主要的增压类型增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。
车用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶片初步研究
车用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶片初步研究
黄若;赵小兰;马朝臣;毕金光;施新;王剑
【期刊名称】《车用发动机》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】对应用气动型与对称型喷嘴环叶片的车用可变几何涡轮增压器进行了研究.分别建立了两种喷嘴环三维模型,应用NUMECA软件对配置两种喷嘴环的涡轮进行了流场计算与分析.设计、加工了气动型叶片喷嘴环组件,分别将两种喷嘴环组件装配在同一台增压器上,进行了增压器涡轮性能对比试验.结果表明,气动型喷嘴环涡轮具有更宽广的流量范围,且效率更高.
【总页数】5页(P81-85)
【作者】黄若;赵小兰;马朝臣;毕金光;施新;王剑
【作者单位】北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081;北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081;宁波天力增压器有限公司,浙江,宁波,315032;北京理工大学机械与车辆工程学院,北京,100081;宁波天力增压器有限公司,浙江,宁波,315032
【正文语种】中文
【中图分类】TK421
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1.浅谈内燃机用可变几何涡轮增压器喷嘴环叶型分析与设计 [J], 何奔
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主题 词 ： ＶＧＴ 废： Ｕ ４ ６ ４ ． １ ３ ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０ — ３ ７ ０ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ５ — ０ ０ ５ ５ — ０ ３
Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ Ｓｔ ｕｄ ｙ ｏ ｎ Ｐｅ ｒ ｆ ０ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｖａ ｒ ｉ ａ ｂｌ ｅ Ｇｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ
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力增大 ； 废气 调 节 阀在 开启 角 度 ５ 。 ～ １ ５ 。 调节时 ， 涡轮 增 压 器转 速 迅 速下 降 ， 调节 能 力 较 强 ， 但 开 启 角度 超 过 ２ ０ 。 时 转 速基 本
不变 ， 其 调 节 能力 达 到极 限 ； 压 气机 最 大折 合 流量 达 到 Ｏ ． ３ １ ｋ ｇ ／ ｓ ， 最 高压 比达到 ２ ． ９ ８ ， 不 同转 速 下 的最 高效 率 均在 ７ １ ％以上 。
汽 车 技 术 ・Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
带 废气 调 节 阀 的可 变 几 何 涡 轮 增 压 器 性 能试 验 研 究
董素 荣 刘瑞林 刘泽坤 王航 张金 明
（ １ ． 军 事 交通 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ６ １ ； ２ ． 中南 大 学 ， 粉 末冶 金研 究 院 ， 长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３ ； ３ ． 康 跃科 技 股份有 限公 司 ， 寿光 ２ ６ ２ ７ ０ ０ ）
Ｔ ｕ ｒ ｂ ０ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ Ａｎ Ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ Ａｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｖａ ｌ ｖ ｅ
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【 摘 要】 基于增压器性能试验台， 对带废气调节阀的可变几何截面涡轮增压器 （ Ｖ Ｇ Ｔ ） 进行性能试验 ， 得到不 同Ｖ Ｇ Ｔ叶
片开 度 的 涡 轮流 通 特 性 、 废 气 调节 阀调 节特 性 及 压气 机 流 量 特性 曲线 。结果 表 明 ， 随着 Ｖ Ｇ Ｔ叶片 开度 的增 大 ， 涡 轮 流通 能
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