渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配介紹

1、2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司1 渦輪增壓器渦輪增壓器 與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配介紹與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配介紹 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司2 1.概述 所謂柴油機(jī)與增壓器匹配，嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)是柴油 機(jī)和增壓系統(tǒng)（包括與增壓有關(guān)的零部件） 的匹配。即柴油機(jī)和增壓器的空氣壓力、流 量等參數(shù)合理匹配，使柴油機(jī)的性能指標(biāo) （油耗率、排氣溫度、排放物等）達(dá)到最優(yōu)， 工作可靠 。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司3 增壓匹配的內(nèi)容包括以下方面：壓氣機(jī)、燃 氣渦輪、排氣管、進(jìn)氣管、中冷器、空濾器、 消聲器、進(jìn)排氣凸輪軸型面、配氣相位、運(yùn) 轉(zhuǎn)參數(shù)（工況）、環(huán)境參數(shù)（氣溫氣壓）。 2021-6-29壽

2、光市康躍增壓器有限公司4 這種匹配如果搞的不好 ，將引起以下后果：油耗率 高、排氣溫度高、煙大、排放物多；增壓器喘振、 渦輪葉片斷裂等。 例190系列柴油機(jī)研制中迂到以下問(wèn)題： 不增壓820馬力，增壓后700馬力，經(jīng)在匹配上改進(jìn)， 由700馬力 900馬力 1100馬力 1400馬力。由無(wú) 葉 有葉 減小fc 加長(zhǎng)噴嘴環(huán)葉片 調(diào)fc 8v四脈沖比雙脈沖油耗率高5g/kWh，排氣溫度高 30，功率低130kW 雙脈渦輪斷葉片（70h左右） 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司5 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司6 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司7 （4）合適的壓比，足

3、夠的流量，高的效率）合適的壓比，足夠的流量，高的效率 壓比：考慮流量、爆壓、排放等因素。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選??；根據(jù)和pe的對(duì)應(yīng)關(guān)系 根據(jù)計(jì)算：（己知流量） 流量： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般5-5.5kg/psh，低于4.8kg/psh排溫太高，統(tǒng) 計(jì)幾種機(jī)型為5.32-5.8kg/psh 根據(jù)計(jì)算：（己知壓比） 目前在匹配時(shí)有兩種作法： 低壓比大流量，用在對(duì)排放、爆壓、排溫要求高，體積、加 速性要求不太高情況。 高壓比小流量，用在對(duì)排放、爆壓、排溫要求不太高，體積、 加速性要求高情況。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司8 （5）從進(jìn)排氣壓力穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析掃氣效果衡 量，看進(jìn)排氣壓力曲線交叉點(diǎn)位置。如圖

4、（4） 圖（4） 交叉點(diǎn)在50%額定負(fù)荷以下為宜 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司9 （6）從瞬態(tài)參數(shù)分析，）從瞬態(tài)參數(shù)分析，掃氣期間不倒灌、氣 缸壓力大于排氣管壓力而小于進(jìn)氣管壓力， 進(jìn)氣壓力不波動(dòng)為宜。如圖（5） 圖（5）進(jìn)氣壓力波動(dòng)不大于5%，排氣管壓 力上升、下降要快，下降后無(wú)反射波 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司10 3、各因素對(duì)增壓匹配的影響及調(diào)整方法、各因素對(duì)增壓匹配的影響及調(diào)整方法 柴油機(jī)和壓氣機(jī)柴油機(jī)和壓氣機(jī) 柴油機(jī)對(duì)壓氣機(jī)的要求： 壓氣機(jī)效率要高，因?yàn)閴簹鈾C(jī)效率高，在一定壓比 下，空氣流量大，壓氣機(jī)后氣溫低 不同用途的柴油機(jī)要求壓氣機(jī)效率曲線形狀不同。

5、 按負(fù)荷特性、推進(jìn)特性工作的柴油機(jī)，希望效率曲 線園圈在縱斜方向長(zhǎng)一些，而對(duì)于按外特性工作的 柴油機(jī)，則希望效率曲線園圈在橫斜方向長(zhǎng)一些， 高效區(qū)要寬廣。匹配時(shí)使最大扭矩點(diǎn)落在高效區(qū)。 如圖（6）所示。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司11 有一定的喘振裕度 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司12 調(diào)整 如柴油機(jī)耗氣曲線在高效區(qū)右邊，如圖（7） 說(shuō)明增壓器流量小，將使柴油機(jī)排氣溫度升 高。此時(shí)可采取三方面措施：選大一號(hào)增壓 器；加大壓氣機(jī)流通部分尺寸，如加大進(jìn)口 直徑、或加大葉輪寬度；如是葉片擴(kuò)壓器， 則應(yīng)減小擴(kuò)壓器流通截面積或減小無(wú)葉擴(kuò)壓 器寬度。 2021-6-29壽光市

6、康躍增壓器有限公司13 如柴油機(jī)耗氣曲線在高效區(qū)左邊，如圖（8）。 說(shuō)明增壓器流量大，將易發(fā)生壓氣機(jī)喘振。 此時(shí)可采取三方面措施：選小一號(hào)增壓器； 波小壓氣機(jī)流通部分尺寸，如減小進(jìn)口直徑、 或減小葉輪寬度；如是葉片擴(kuò)壓器，則應(yīng)擴(kuò) 大擴(kuò)壓器流通截面積或加大無(wú)葉擴(kuò)壓器寬度。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司14 如柴油機(jī)最大功率工況壓比小、或流量小， 此時(shí)易造成柴油機(jī)性能不好。此時(shí)應(yīng)分別對(duì) 待：如流量、壓比同時(shí)低，應(yīng)同時(shí)加大壓氣 機(jī)進(jìn)口直徑和葉輪外徑尺寸。如流量可以、 壓比低，應(yīng)加大壓氣機(jī)葉輪外徑尺寸。如流 量低、壓比可以，應(yīng)加大壓氣機(jī)進(jìn)口直徑。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公

7、司15 （2）柴油機(jī)和燃?xì)鉁u輪）柴油機(jī)和燃?xì)鉁u輪 柴油機(jī)對(duì)燃?xì)鉁u輪的要求： 柴油機(jī)運(yùn)行范圍應(yīng)在渦輪高效區(qū)。對(duì)徑流式增壓器這個(gè)問(wèn)題不大。一般可滿(mǎn)足要 求。如圖（9） 圖（9） 渦輪有足夠的流通能力，即合適的噴咀環(huán)面積或渦殼流通面轉(zhuǎn)及和壓氣機(jī)的能量 平衡。即渦輪提供的功率不能太大，以致使壓氣機(jī)超速和流量過(guò)大，易造成喘振； 也不能提供能量過(guò)小，以致使壓氣機(jī)流量不足，滿(mǎn)足不了要求。 調(diào)整 如壓氣機(jī)壓力偏低，流量偏小，而增壓器轉(zhuǎn)速未達(dá)到要求，可將噴咀環(huán)面積調(diào)小， 提高增壓器轉(zhuǎn)速 如如壓氣機(jī)壓力偏低，流量偏小，而增壓器轉(zhuǎn)速己達(dá)到要求，可調(diào)壓氣機(jī)來(lái)達(dá)到 要求 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司16

8、（3）柴油機(jī)和排氣管）柴油機(jī)和排氣管 對(duì)脈沖增壓，一根好的排氣管，既能使脈沖能量利 用率高，又能使增壓器效率高，柴油機(jī)掃氣效果好， 所以是增壓匹配的重要內(nèi)容。對(duì)排氣管的要求如下： 要有合理的分枝要有合理的分枝：根據(jù)缸數(shù)不同，脈沖增壓有雙脈 沖、三脈沖、四脈沖之分。分枝時(shí)要避免部分進(jìn)氣 和壓力波互相干擾。 6缸、12缸柴油機(jī)采用三脈沖最好，此時(shí)壓力波間 隔240A，和排氣持續(xù)角相同，既無(wú)部分進(jìn)氣現(xiàn)象， 又無(wú)壓力波互相干擾現(xiàn)象，既保證脈沖波效率高， 掃氣效果好，又無(wú)葉輪斷裂之憂(yōu)。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司17 對(duì)四、八、十六缸柴油機(jī)往往采用雙脈沖，此時(shí)壓力波間隔 360A，甚大于

9、排氣持續(xù)角，脈沖波幅度人大，無(wú)互相干 擾現(xiàn)象，有利于掃氣。但由于有部分進(jìn)氣現(xiàn)象，渦輪效率低， 壓比越高，影響越大。而且還有葉片受沖擊力大、易造成葉 片斷裂之害。壓比大于2.5者一般不予采用。 對(duì)四、八、十六缸柴油機(jī)有時(shí)采用四脈沖，此時(shí)壓力波間隔 180A，甚小于排氣持續(xù)角，脈沖波幅度引小，有互相干 擾現(xiàn)象，造成排氣倒灌，不利于掃氣。為防止倒灌，盡量減 小氣門(mén)重迭角，這又導(dǎo)致排溫高、油耗高。但由于無(wú)部分進(jìn) 氣現(xiàn)象，葉片受沖擊力小，工作可靠。濟(jì)柴8V柴油機(jī)比12V 柴油機(jī)油耗高、排溫高就是這個(gè)原因。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司18 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司19 （

10、4）柴油機(jī)和進(jìn)氣管：）柴油機(jī)和進(jìn)氣管： 柴油機(jī)進(jìn)氣管也是匹配的重要部件。對(duì)其要求如下： 如進(jìn)氣管內(nèi)壓力波動(dòng)，將使喘振線右移，易發(fā)生喘振現(xiàn)象。 所以要求其容積盡量大，以使其壓力波動(dòng)小，一般不大于 5%，流速在30-40m/s為宜。 （5）柴油機(jī)和進(jìn)排氣凸輪：）柴油機(jī)和進(jìn)排氣凸輪： 這里有三方面因素：凸輪型面、時(shí)間截面、配氣相位。 凸輪型面凸輪型面：排氣門(mén)一打開(kāi)，希望壓力波很快建立，而且節(jié)流 損失小，壓力波能量大，然后很快下降，使泵氣功減小。開(kāi) 啟速度提高一倍，排氣能量利用率提高10%。這就要求排氣 凸輪開(kāi)關(guān)速度快。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司20 時(shí)間截面和配氣相位時(shí)間截面和配氣

11、相位：進(jìn)排氣時(shí)間截面大，氣門(mén)重 迭角大，使進(jìn)氣充分、排氣干凈，掃 氣效果好，不易發(fā)生喘振。 濟(jì)柴101柴油機(jī)試制中，為降低排溫，曾加大壓氣 機(jī)型號(hào)，結(jié)果發(fā)生增壓器喘振，為此改進(jìn)了凸輪型 面，加大時(shí)間截面，使喘振得以解決。190系列柴 油機(jī)凸輪軸有避碰孤，就是為了既有大的時(shí)間截面 和氣門(mén)重迭角，又要使活塞頂氣閥坑盡量淺，以防 影響燃燒。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為什么外混式用小氣門(mén)重 迭角，內(nèi)混時(shí)用大氣門(mén)重迭角。8V柴油機(jī)為什么用 小氣門(mén)重迭角。12V柴油機(jī)為什么用大氣門(mén)重迭角。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司21 （6）柴油機(jī)和中冷器、空濾器、進(jìn)排氣道：）柴油機(jī)和中冷器、空濾器、進(jìn)排氣道： 這些

12、都與增壓區(qū)匹配有關(guān)，影響增壓器喘振。 這放在喘振部分介紹。 另外，燃油供給系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、 潤(rùn)滑系統(tǒng)也與增壓區(qū)匹配有重要關(guān)系。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司22 5.增壓器喘振及分析 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司23 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司24 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司25 中冷器中冷器 中冷器從兩個(gè)方面影響喘振。一是中冷器通 流面積小，或污堵，阻力大，使柴油機(jī)流量 減少，向喘振線移動(dòng)，易引起喘振。二是中 冷效果差，空氣溫度高、密度小、使柴油機(jī) 流量減少，向喘振線移動(dòng)，易引起喘振。見(jiàn) 圖（15）所以冷卻效率高的中冷器，

13、不僅對(duì) 提高功率、降低排放和排溫有重要作用，而 且對(duì)減小喘振也有重要作用。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司26 柴油機(jī)進(jìn)排氣道柴油機(jī)進(jìn)排氣道 柴油機(jī)進(jìn)排氣道對(duì)喘振的影響和中冷器道理相同， 氣道污堵，柴油機(jī)通過(guò)空氣流量減少，氣耗線向左 移動(dòng)，易引起喘振。見(jiàn)圖（15）所以除設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)排 氣道有足夠流通面積，定期清理氣道很重要。 凸輪時(shí)截值和配氣相位凸輪時(shí)截值和配氣相位 凸輪開(kāi)啟時(shí)間截面不足，氣門(mén)間隙過(guò)大，配氣相位 變化，均使柴油機(jī)通過(guò)空氣流量減少，氣耗線向左 移動(dòng)，易引起喘振。見(jiàn)圖（15）。所以經(jīng)常檢查與 調(diào)整氣門(mén)定時(shí)十分必要。不僅對(duì)提高功率、降低排 放和排溫有重要作用，而且對(duì)減小喘振也有重要作 用。 2021-6-29壽光市康躍增壓器有限公司27 工況及環(huán)境工況及環(huán)境 柴油機(jī)突然降速降負(fù)荷，而增壓器由于慣性仍繼續(xù) 供給大的空氣流量，柴油機(jī)所需空氣量減少，跑到 喘振線上，引起短時(shí)間喘振。 大氣溫度升高，空氣密