《内燃机增压技术》教学课件（PPT讲稿）第六章（6-3）涡轮增压器与发动机的匹配

简单回顾 1.涡轮增压器与发动机匹配的目的是什么?特点是什么? 2.涡轮增压器与发动机的匹配过程如何? 3.如何确定匹配设计点? 4.涡轮增压器自由平衡运转的三个基本条件是什么? 5.在流量一定的情况下,哪些参数对提高压气机压比有形 象?如何影响? 6.涡轮当量喷嘴面积与哪些几何参数有关 7.如何设计压气机压比和涡轮的膨胀比?

简单回顾 1. 涡轮增压器与发动机匹配的目的是什么？特点是什么？ 2. 涡轮增压器与发动机的匹配过程如何？ 3. 如何确定匹配设计点？ 4. 涡轮增压器自由平衡运转的三个基本条件是什么？ 5. 在流量一定的情况下，哪些参数对提高压气机压比有形 象？如何影响？ 6. 涡轮当量喷嘴面积与哪些几何参数有关？ 7. 如何设计压气机压比和涡轮的膨胀比？

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 第三节匹配试验 Me 1、发动机耗气特性 在不同转速下,发动机进口压力与气 体流量之间的关系n penn 200 2000 通过模拟试验获得耗气特性曲线,如 转速r/min 图所示 1200 16002000 流量Mc

转速 r/min 800 1200 1600 2000 2400 Me Pe be 800 1200 1600 2000 流量 Mc 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 第三节 匹配试验 1、发动机耗气特性 在不同转速下，发动机进口压力与气 体流量之间的关系 通过模拟试验获得耗气特性曲线，如 图所示 m Vh v n m   2 =

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 2、压气机与发动机的匹配 2 图示法,将压气机流量特性与 发动机耗气特性统一单位和比 例后叠加在一起,观察其匹配 效果 要求 1)发动机的整个特性曲线必须处 Xoo 在压气机的喘振边界、低效率边 界(阻塞线)和增压器的超速边 i 界之间 0.10 0.20 0.30 2)压气机喘振线与发动机运行线 流量(千克秒) My//会 最近点的间隔余量最少应为10% 3)合理充分地利用高效区

2、压气机与发动机的匹配 • 图示法，将压气机流量特性与 发动机耗气特性统一单位和比 例后叠加在一起，观察其匹配 效果。 • 要求 1）发动机的整个特性曲线必须处 在压气机的喘振边界、低效率边 界（阻塞线）和增压器的超速边 界之间。 2）压气机喘振线与发动机运行线 最近点的间隔余量最少应为10%。 3）合理充分地利用高效区。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 ·修改设计 1)发动机耗气特性偏左 压气机偏大,应更换叶轮直径较小压气机,原因是进口直径 小喘振流量也小。反之亦然。 2)高效区的移动 通过修改压气机叶轮叶片形状实现。例如: 向大流量方向移动:叶片进口要“直一些”,即安装角大些。 向高转速方向移动:叶片进口要“弯一些”,即安装角小些。 主要是从进口撞击损失角度考虑

• 修改设计 1）发动机耗气特性偏左 压气机偏大，应更换叶轮直径较小压气机，原因是进口直径 小喘振流量也小。反之亦然。 2）高效区的移动 通过修改压气机叶轮叶片形状实现。例如： 向大流量方向移动：叶片进口要“直一些”，即安装角大些。 向高转速方向移动：叶片进口要“弯一些”，即安装角小些。 主要是从进口撞击损失角度考虑。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 3、涡轮与压气机的匹配 满足三个平衡条件??? 关键是涡轮流量特性 选择合适的当量喷嘴截面 有叶喷嘴环最小截面 无叶喷嘴环0-0截面

• 3、涡轮与压气机的匹配 满足三个平衡条件 ？？？ 关键是涡轮流量特性 选择合适的当量喷嘴截面 有叶喷嘴环 最小截面 无叶喷嘴环 0-0截面 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 第四节扭矩特性与加速性 1、扭矩特性 膨胀比 涡轮流量特性决定了增压柴油机 的扭矩特性差 ·设计点选择在高速匹配--低速 时流量减小=→膨胀比降低→输 M1M2流量 出功不足→转速降低→压比不够 →扭矩不足 设计点选择在低速匹配---高速 时流量增加→膨胀比增加→输出 功过量→增压器超速,增压压力 过高

第四节 扭矩特性与加速性 1、扭矩特性 • 涡轮流量特性决定了增压柴油机 的扭矩特性差 • 设计点选择在高速匹配----低速 时流量减小=➔膨胀比降低➔输 出功不足➔转速降低➔压比不够 ➔扭矩不足 • 设计点选择在低速匹配----高速 时流量增加➔膨胀比增加➔输出 功过量➔增压器超速，增压压力 过高 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 2、改善扭矩特性的技术措施 废气放气阀 ○○○○○○ 基本结构:涡轮进口处设放气阀, 由压气机压比来控制其开关, 5 原理:低速匹配,选择较小的0 原理图 0截面,发动机低速时流量小也 能够得到较大膨胀比;高速时发 动机流量增加,为避免超速、超 压,放掉部分废气,控制膨胀比 的提高,减少涡轮功。 结构图

2、改善扭矩特性的技术措施 • 废气放气阀 基本结构：涡轮进口处设放气阀， 由压气机压比来控制其开关， 原理：低速匹配，选择较小的0- 0截面，发动机低速时流量小也 能够得到较大膨胀比；高速时发 动机流量增加，为避免超速、超 压，放掉部分废气，控制膨胀比 的提高，减少涡轮功。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配 原理图 结构图

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 可变几何 基本结构:采用可实时调节 膨胀比 的涡轮流通截面结构: 原理:可在高速匹配,低速 时改变流量特性,减小当量 喷嘴截面,提高膨胀比,从 M1M2流量 而提高压比,增加供气量, 改善扭矩特性。 理论上在高低速之间可得到 无数条流量特性

• 可变几何 基本结构：采用可实时调节 的涡轮流通截面结构； 原理：可在高速匹配，低速 时改变流量特性，减小当量 喷嘴截面，提高膨胀比，从 而提高压比，增加供气量， 改善扭矩特性。 理论上在高低速之间可得到 无数条流量特性。 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 采用可变几何涡轮 640 630 的发动机特性对比2 610 80 145 660 E 3 640 可满轮压1620g 125 580 540 250 3 岛230 220 180019002000210022002300240025002600 nE(r/min)

• 采用可变几何涡轮 的发动机特性对比 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配

第六章涡轮增压器与发动机的匹配 2、加速性 ①○O口中器 转子的惯量决定了增压发 发动机 动机的加速性差,供气量的 旁通阀 0压气机 涡轮 增加较慢,导致加速冒烟。 电电子前 改善措施: 上压气 减小转动惯量,设计和材 料 OOoO区中器 电子 ●采用脉冲系统 控制 发动机 电动机 采用可调涡轮 电辅助涡轮 旁通 级艳压气

2、加速性 转子的惯量决定了增压发 动机的加速性差，供气量的 增加较慢，导致加速冒烟。 改善措施： •减小转动惯量，设计和材 料 •采用脉冲系统 •采用可调涡轮 •电辅助涡轮 第六章 涡轮增压器与发动机的匹配