渦輪增壓器與發(fā)動機匹配介紹.ppt

1、2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,1,渦輪增壓器與發(fā)動機匹配介紹,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,2,1.概述,所謂柴油機與增壓器匹配，嚴格說應(yīng)是柴油機和增壓系統(tǒng)（包括與增壓有關(guān)的零部件）的匹配。即柴油機和增壓器的空氣壓力、流量等參數(shù)合理匹配，使柴油機的性能指標（油耗率、排氣溫度、排放物等）達到最優(yōu)，工作可靠 。,2020/8/3,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、燃氣渦輪、排氣管、進氣管、中冷器、空濾器、消聲器、進排氣凸輪軸型面、配氣相位、運轉(zhuǎn)參數(shù)（工況）、環(huán)境參數(shù)（氣溫氣壓）。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,4,這種匹配如

2、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系列柴油機研制中迂到以下問題： 不增壓820馬力，增壓后700馬力，經(jīng)在匹配上改進，由700馬力 900馬力 1100馬力 1400馬力。由無葉 有葉 減小fc 加長噴嘴環(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）,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,5,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,6,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,7,（4）合適的壓比，足夠的流量，高的效率 壓比：考慮流量、爆壓

3、、排放等因素。 根據(jù)經(jīng)驗選取；根據(jù)和pe的對應(yīng)關(guān)系 根據(jù)計算：（己知流量） 流量： 根據(jù)經(jīng)驗，一般5-5.5kg/psh，低于4.8kg/psh排溫太高，統(tǒng)計幾種機型為5.32-5.8kg/psh 根據(jù)計算：（己知壓比）目前在匹配時有兩種作法： 低壓比大流量，用在對排放、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，用在對排放、爆壓、排溫要求不太高，體積、加速性要求高情況。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,8,（5）從進排氣壓力穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析掃氣效果衡量，看進排氣壓力曲線交叉點位置。如圖（4） 圖（4） 交叉點在50%額定負荷以下為宜,2020/8/3,壽光市康躍增壓

4、器有限公司,9,（6）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氣管壓力，進氣壓力不波動為宜。如圖（5） 圖（5）進氣壓力波動不大于5%，排氣管壓力上升、下降要快，下降后無反射波,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,10,3、各因素對增壓匹配的影響及調(diào)整方法 柴油機和壓氣機 柴油機對壓氣機的要求： 壓氣機效率要高，因為壓氣機效率高，在一定壓比下，空氣流量大，壓氣機后氣溫低 不同用途的柴油機要求壓氣機效率曲線形狀不同。 按負荷特性、推進特性工作的柴油機，希望效率曲線園圈在縱斜方向長一些，而對于按外特性工作的柴油機，則希望效率曲線園圈在橫斜方向長一些，高效區(qū)要寬廣。匹配

5、時使最大扭矩點落在高效區(qū)。如圖（6）所示。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,11,有一定的喘振裕度,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,12,調(diào)整 如柴油機耗氣曲線在高效區(qū)右邊，如圖（7）說明增壓器流量小，將使柴油機排氣溫度升高。此時可采取三方面措施：選大一號增壓器；加大壓氣機流通部分尺寸，如加大進口直徑、或加大葉輪寬度；如是葉片擴壓器，則應(yīng)減小擴壓器流通截面積或減小無葉擴壓器寬度。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,13,如柴油機耗氣曲線在高效區(qū)左邊，如圖（8）。說明增壓器流量大，將易發(fā)生壓氣機喘振。此時可采取三方面措施：選小一號增壓器；波小壓氣機流通部分尺寸，

6、如減小進口直徑、或減小葉輪寬度；如是葉片擴壓器，則應(yīng)擴大擴壓器流通截面積或加大無葉擴壓器寬度。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,14,如柴油機最大功率工況壓比小、或流量小，此時易造成柴油機性能不好。此時應(yīng)分別對待：如流量、壓比同時低，應(yīng)同時加大壓氣機進口直徑和葉輪外徑尺寸。如流量可以、壓比低，應(yīng)加大壓氣機葉輪外徑尺寸。如流量低、壓比可以，應(yīng)加大壓氣機進口直徑。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,15,（2）柴油機和燃氣渦輪 柴油機對燃氣渦輪的要求： 柴油機運行范圍應(yīng)在渦輪高效區(qū)。對徑流式增壓器這個問題不大。一般可滿足要求。如圖（9） 圖（9） 渦輪有足夠的流通能力，即合適

7、的噴咀環(huán)面積或渦殼流通面轉(zhuǎn)及和壓氣機的能量平衡。即渦輪提供的功率不能太大，以致使壓氣機超速和流量過大，易造成喘振；也不能提供能量過小，以致使壓氣機流量不足，滿足不了要求。 調(diào)整 如壓氣機壓力偏低，流量偏小，而增壓器轉(zhuǎn)速未達到要求，可將噴咀環(huán)面積調(diào)小，提高增壓器轉(zhuǎn)速 如如壓氣機壓力偏低，流量偏小，而增壓器轉(zhuǎn)速己達到要求，可調(diào)壓氣機來達到要求,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,16,（3）柴油機和排氣管 對脈沖增壓，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，柴油機掃氣效果好，所以是增壓匹配的重要內(nèi)容。對排氣管的要求如下： 要有合理的分枝：根據(jù)缸數(shù)不同，脈沖增壓有雙脈沖、

8、三脈沖、四脈沖之分。分枝時要避免部分進氣和壓力波互相干擾。 6缸、12缸柴油機采用三脈沖最好，此時壓力波間隔240A，和排氣持續(xù)角相同，既無部分進氣現(xiàn)象，又無壓力波互相干擾現(xiàn)象，既保證脈沖波效率高，掃氣效果好，又無葉輪斷裂之憂。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,17,對四、八、十六缸柴油機往往采用雙脈沖，此時壓力波間隔360A，甚大于排氣持續(xù)角，脈沖波幅度人大，無互相干擾現(xiàn)象，有利于掃氣。但由于有部分進氣現(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。 對四、八、十六缸柴油機有時采用四脈沖，此時壓力波間隔180A，甚小

9、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，盡量減小氣門重迭角，這又導致排溫高、油耗高。但由于無部分進氣現(xiàn)象，葉片受沖擊力小，工作可靠。濟柴8V柴油機比12V柴油機油耗高、排溫高就是這個原因。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,18,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,19,（4）柴油機和進氣管： 柴油機進氣管也是匹配的重要部件。對其要求如下： 如進氣管內(nèi)壓力波動，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，以使其壓力波動小，一般不大于5%，流速在30-40m/s為宜。 （5）柴油機和進排氣凸輪： 這里有三方面因素：凸輪型面、

10、時間截面、配氣相位。 凸輪型面：排氣門一打開，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關(guān)速度快。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,20,時間截面和配氣相位：進排氣時間截面大，氣門重迭角大，使進氣充分、排氣干凈，掃 氣效果好，不易發(fā)生喘振。 濟柴101柴油機試制中，為降低排溫，曾加大壓氣機型號，結(jié)果發(fā)生增壓器喘振，為此改進了凸輪型面，加大時間截面，使喘振得以解決。190系列柴油機凸輪軸有避碰孤，就是為了既有大的時間截面和氣門重迭角，又要使活塞頂氣閥坑盡量淺，以防影響燃燒。天然氣發(fā)動機為

11、什么外混式用小氣門重迭角，內(nèi)混時用大氣門重迭角。8V柴油機為什么用小氣門重迭角。12V柴油機為什么用大氣門重迭角。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,21,（6）柴油機和中冷器、空濾器、進排氣道： 這些都與增壓區(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)、潤滑系統(tǒng)也與增壓區(qū)匹配有重要關(guān)系。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,22,5.增壓器喘振及分析,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,23,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,24,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,25,中冷器 中冷器從兩個方面影響喘振

12、。一是中冷器通流面積小，或污堵，阻力大，使柴油機流量減少，向喘振線移動，易引起喘振。二是中冷效果差，空氣溫度高、密度小、使柴油機流量減少，向喘振線移動，易引起喘振。見圖（15）所以冷卻效率高的中冷器，不僅對提高功率、降低排放和排溫有重要作用，而且對減小喘振也有重要作用。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,26,柴油機進排氣道 柴油機進排氣道對喘振的影響和中冷器道理相同，氣道污堵，柴油機通過空氣流量減少，氣耗線向左移動，易引起喘振。見圖（15）所以除設(shè)計時進排氣道有足夠流通面積，定期清理氣道很重要。 凸輪時截值和配氣相位 凸輪開啟時間截面不足，氣門間隙過大，配氣相位變化，均使柴油機通過空氣流量減少，氣耗線向左移動，易引起喘振。見圖（15）。所以經(jīng)常檢查與調(diào)整氣門定時十分必要。不僅對提高功率、降低排放和排溫有重要作用，而且對減小喘振也有重要作用。,2020/8/3,壽光市康躍增壓器有限公司,27,工況及環(huán)境 柴油機突然降速降負荷，而增壓器由于慣性仍繼續(xù)供給大的空氣流量，柴油機所需空氣量減少，跑到喘振線上，引起短時間喘振。 大氣溫度升高，空氣密度減小，柴油機