增壓器與內(nèi)燃機的匹配

增壓器與內(nèi)燃機的匹配

——應(yīng)用研究增壓器的初選聯(lián)合運行線的調(diào)節(jié)Zinner圖熱負荷機械負荷當(dāng)前1頁，總共37頁。匹配對象優(yōu)化增壓器和發(fā)動機的聯(lián)合工作性能選擇壓氣機，以提供燃燒所需的適量空氣，并滿足：在低速、額定轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩位置有不錯的效率高海拔裕量合適的喘振邊界選擇渦輪機，以驅(qū)動壓氣機，并滿足：無廢氣放氣閥時兼顧低速高功率要求和最大氣缸爆發(fā)壓帶廢氣放氣閥時在盡可能低的排氣背壓下，優(yōu)化發(fā)動機的低速功率。2當(dāng)前2頁，總共37頁。匹配工作的組織最佳壓氣機最佳渦輪機滿足高海拔要求滿足機械強度要求滿足整機密封性要求性能開發(fā)目標發(fā)動機規(guī)格發(fā)動機測試數(shù)據(jù)構(gòu)造數(shù)據(jù)壓氣機特性曲線渦輪機特性曲線滿足客戶需求的產(chǎn)品3當(dāng)前3頁，總共37頁。幾個階段1.初選（壓氣機）來自市場的開發(fā)目標獲得充分的發(fā)動機和增壓器信息；確定從技術(shù)層面上考慮的候選增壓器2.計算聯(lián)合運行線仿真分析增壓器和發(fā)動機匹配的外特性3.實驗調(diào)整滿足排放法規(guī)條件下:低速動力性；燃油經(jīng)濟性；整車匹配：加減速響應(yīng)特性可靠性；定型產(chǎn)品認證；生產(chǎn)一致性認證；技術(shù)開發(fā)層面產(chǎn)品開發(fā)層面4當(dāng)前4頁，總共37頁。主要步驟搜集客戶數(shù)據(jù)計算發(fā)動機所需的空氣量Step1Step2按壓氣機條件修正流量Step3在壓氣機特性圖上標出數(shù)據(jù)點Step3基于功率平衡計算所需的渦輪Step4在渦輪機特性圖上標出數(shù)據(jù)點Step4驗證系統(tǒng)的機械強度Step5開始選擇壓氣機選擇渦輪機機械強度校核5當(dāng)前5頁，總共37頁。匹配方法概覽傳統(tǒng)方法手工繪制特性圖手工查找簡單計算信函傳送新方法計算機生成特性曲線圖計算機自動查找數(shù)據(jù)庫在計算平臺上進行計算通過email或WWW傳送數(shù)據(jù)6當(dāng)前6頁，總共37頁。匹配方法當(dāng)前7頁，總共37頁。Step2-3,計算方法

(選擇壓氣機)當(dāng)前8頁，總共37頁。計算步驟根據(jù)增壓度要求，計算目標平均有效壓力peλ＝Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn)選取千瓦時空氣消耗量gk及k，計算gk/kgk＝Gk/Ne*3600(kg/kw.h)四沖程：5.85-7.5其中水冷：5.86-6.8,ge高和大時取大值，n大取小值根據(jù)pe和gk/k，查圖得到pk/p0由發(fā)動機參數(shù)計算容積流量iVhnk選定工況點一般用最常用工況點，如發(fā)動機70%和100%額定轉(zhuǎn)速最大負荷點9當(dāng)前9頁，總共37頁。查圖得到Gk在壓氣機特性曲線上標出點（Gk，pk/p0)依據(jù)Gk＝10~30%Gk，選用最合適的增壓器10當(dāng)前10頁，總共37頁。計算公式的推導(dǎo)：

1)建立增壓后標定點空氣量Gk和壓比pk/p0間的關(guān)系 0.9（氣門疊開角0-30CA） 1.0（…………50-70CA） 1.1（………100-140CA）k表征4沖程柴油機每分鐘容積流量的參數(shù)常數(shù)？11當(dāng)前11頁，總共37頁。（續(xù)）？12當(dāng)前12頁，總共37頁。2)為方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk間的關(guān)系做成圖13當(dāng)前13頁，總共37頁。3)建立壓比pk/p0和平均有效壓力pe間的關(guān)系gk/k是建立強化程度和外在性能的橋梁常數(shù)14當(dāng)前14頁，總共37頁。4)為方便使用把pe、pk/p0和gk/k間的關(guān)系做成圖15當(dāng)前15頁，總共37頁。對3個關(guān)鍵點的檢查依據(jù)Gk＝10~30%Gk，選用最合適的增壓器16當(dāng)前16頁，總共37頁。求解聯(lián)合運行線

（Step4:選擇渦輪機及優(yōu)化整機性能）當(dāng)前17頁，總共37頁。聯(lián)合運行線反映了匹配運行時的綜合情況，可用來判斷匹配是否合適外特性18當(dāng)前18頁，總共37頁。聯(lián)合運行線計算過程概覽平衡條件功率平衡Nk=NT流量平衡GT=Gk+Gf轉(zhuǎn)速平衡nT＝nk計算方法－簡單迭代在壓氣機特性曲線上任取一點，得到Gk和pk根據(jù)平衡條件和發(fā)動機流通特性曲線等條件計算出新的平衡點（Gk’，pk’）迭代計算直到這一點平衡選取新的點重復(fù)上述步驟選5-6點得出一條聯(lián)合運行線……19當(dāng)前19頁，總共37頁。求解平衡運行線一、平衡條件1.功率平衡Nk=NT2.流量平衡3.轉(zhuǎn)速平衡nT=nk20當(dāng)前20頁，總共37頁。二、求解步驟確定已知條件大氣條件p0,T0;中冷器效率c；(中冷器冷卻水的平均溫度Tw，中冷器壓力損失△p；)渦輪噴嘴環(huán)出口面積F；渦輪出口平均直徑D；發(fā)動機參數(shù)。初選增壓器，得到壓氣機特性和渦輪特性在壓氣機特性曲線上按增壓器標定轉(zhuǎn)速任取一點A，得到Gnp，pk/p0,nnp,k，求得Y求TkTk＝T0(Y＋1)(求中冷后的溫度Tk’和壓力pk’)Pk/p0GnpA21當(dāng)前21頁，總共37頁。(求冷卻后的折合流量)在渦輪機側(cè)：根據(jù)流量平衡，可以由Gk計算出GT，然后根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取初始TT，可由上式計算出p0’/pT設(shè)排氣背壓p0’＝p0,得T＝pT/p0由T和nT（nnp）在渦輪流通特性圖上得到T22當(dāng)前22頁，總共37頁。核算GT是否一致，若不一致，重選TT，直到GT一致從渦輪特性曲線上得到T按前面公式求得X檢驗功率是否平衡？在另一個nnp線上取點B，重復(fù)3-14步（柴油機轉(zhuǎn)速不變）；重復(fù)15,得到C，D，E，……，連接這些點就得到了柴油機在某轉(zhuǎn)速下的平衡運行線。選另一個轉(zhuǎn)速，即可得其它平衡線Tu/c023當(dāng)前23頁，總共37頁。增壓器的調(diào)整與性能優(yōu)化當(dāng)前24頁，總共37頁。工況范圍和效率的不匹配現(xiàn)象25當(dāng)前25頁，總共37頁。實驗調(diào)整方法整體不匹配時，更換增壓器（葉輪）需小范圍調(diào)整時，可調(diào)整擴壓器、噴嘴環(huán)及發(fā)動機參數(shù)如進排氣過程26當(dāng)前26頁，總共37頁。根據(jù)壓氣機葉輪參數(shù)可估算新的空氣流量27當(dāng)前27頁，總共37頁。1.壓氣機導(dǎo)流環(huán)的影響28當(dāng)前28頁，總共37頁。壓氣機葉輪參數(shù)的影響壓氣機葉片出口角度29當(dāng)前29頁，總共37頁。擴壓器參數(shù)的影響有/無葉片時的變化30當(dāng)前30頁，總共37頁。擴壓器參數(shù)的影響擴壓器葉片入口角度1－2,入口角度減小，特性曲線繞原點向左側(cè)轉(zhuǎn)動擴壓器葉片高度1－2,葉片高度減小，特性曲線大致平行向左移動31當(dāng)前31頁，總共37頁。噴嘴環(huán)參數(shù)的影響改變噴嘴環(huán)截面積不會影響壓氣機特性曲線面積減小將增大排氣能量，同時增大排氣阻力。因為功率平衡，壓氣機的增壓壓力將增大，從而使聯(lián)合運行線左移。減小噴嘴環(huán)截面積是提高效率和增壓壓力的最有效方法。噴嘴環(huán)出口截面積32當(dāng)前32頁，總共37頁。綜合實驗，Zinner圖排溫過高怎么辦？增壓壓力不足怎么辦？噴射定時改變時，增壓壓力會如何改變？流密變壓33當(dāng)前33頁，總共37頁。高壓EGR（柴油機）34當(dāng)前34頁，總共37頁。低壓EGR（柴油機）35當(dāng)前35頁，總共37頁。Step5,機械系統(tǒng)的匹配