1、第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 1 1定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng) 定義：柴油機(jī)的所有氣缸都接到一根排氣管上，而排氣總管的容定義：柴油機(jī)的所有氣缸都接到一根排氣管上，而排氣總管的容 積很大，能起穩(wěn)壓箱的作用，渦輪前廢氣壓力基本保持以恒定積很大，能起穩(wěn)壓箱的作用，渦輪前廢氣壓力基本保持以恒定 值，故又稱恒壓渦輪增壓或等壓渦輪增壓系統(tǒng)。值，故又稱恒壓渦輪增壓或等壓渦輪增壓系統(tǒng)。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 特點(diǎn): 1)渦輪在定壓條件下,全周向進(jìn)氣時(shí)效率高，效率高， 可將渦輪增壓器設(shè)計(jì)在最高效率區(qū)工作。 氣流引起的振

2、動(dòng)較小，葉片不易斷裂，系系 統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，易布置及維修；統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，易布置及維修； 2)排氣脈沖能迅速衰減，脈沖能的利用率低；脈沖能的利用率低； 3)在低負(fù)荷、起動(dòng)及加速工況時(shí)，定壓增壓在低負(fù)荷、起動(dòng)及加速工況時(shí)，定壓增壓 柴油機(jī)的性能比脈沖增壓柴油機(jī)差。柴油機(jī)的性能比脈沖增壓柴油機(jī)差。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 2. 2. 脈沖渦輪增壓系統(tǒng)脈沖渦輪增壓系統(tǒng) 定義：使渦輪增壓器盡量靠近氣缸，并把柴油機(jī)各缸的排氣管做定義：使渦輪增壓器盡量靠近氣缸，并把柴油機(jī)各缸的排氣管做 得短而細(xì)，通常是每?jī)蓚€(gè)氣缸或三個(gè)氣缸共一根排氣管，再接得短而細(xì)，通常是每?jī)?/p>

3、個(gè)氣缸或三個(gè)氣缸共一根排氣管，再接 到渦輪，這樣使進(jìn)入容積較小的排氣管的壓力波動(dòng)較大，渦輪到渦輪，這樣使進(jìn)入容積較小的排氣管的壓力波動(dòng)較大，渦輪 前的廢氣壓力不是恒定的。前的廢氣壓力不是恒定的。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 1) 排氣管設(shè)計(jì)得短而細(xì)，排氣管設(shè)計(jì)得短而細(xì)，當(dāng)排氣閥打開后，在 理想情況下：排氣管內(nèi)的壓力迅速上升到氣缸 內(nèi)的壓力，節(jié)流損失減小； 2)排氣管流通截面積小，氣流速度較高，氣流 的壓力波動(dòng)也較大，氣流的部分動(dòng)能可以在渦氣流的部分動(dòng)能可以在渦 輪中加以利用，使渦輪中能利用的廢氣能量增輪中加以利用，使渦輪中能利用的廢氣能量增 加加； 第

4、四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3)采用脈沖增壓的多缸柴油機(jī)的排氣管要進(jìn)采用脈沖增壓的多缸柴油機(jī)的排氣管要進(jìn) 行分支行分支， 分支原則：一根排氣管所在各缸的排氣相 位必須不重疊，或者重疊較少，排氣與掃 氣相近的氣缸的排氣管必須分開，以免相 互干擾。 一般四沖程柴油機(jī)排氣門開啟持續(xù)時(shí)間 約為240280CA；二沖程柴油機(jī)約為 120CA。因此一根排氣管所連接的氣缸數(shù) 目一般不超過(guò)3個(gè)。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 發(fā)火順序?yàn)?-5-3-6-2-4的直列6缸柴油機(jī) 排氣管連接方式為：1、2、3；4、5、6。 發(fā)火順序?yàn)?

5、-3-4-2的直列4缸柴油機(jī)排氣 管連接方式為：1、4； 2、3。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 以四沖程、以四沖程、6 6缸柴油機(jī)缸柴油機(jī)61356135采用脈沖增壓為例：采用脈沖增壓為例： 該機(jī)的氣門定時(shí)為：排氣門在下止點(diǎn)前該機(jī)的氣門定時(shí)為：排氣門在下止點(diǎn)前48 A48 A打開，上止打開，上止 點(diǎn)后點(diǎn)后62 A62 A關(guān)閉；進(jìn)氣門在下止點(diǎn)前關(guān)閉；進(jìn)氣門在下止點(diǎn)前62 A62 A打開，下止點(diǎn)后打開，下止點(diǎn)后 48 A48 A關(guān)閉。排氣門開啟持續(xù)角關(guān)閉。排氣門開啟持續(xù)角290 A 290 A ，進(jìn)排氣門重迭角，進(jìn)排氣門重迭角 124 A 124 A 。發(fā)

6、火次序：。發(fā)火次序：1-5-3-6-2-41-5-3-6-2-4，發(fā)火間隔角，發(fā)火間隔角120 A 120 A 。第。第1 1 缸發(fā)火后相隔缸發(fā)火后相隔120 A 120 A ，第，第5 5缸發(fā)火，以此類推。第缸發(fā)火，以此類推。第1 1缸排氣開缸排氣開 始（下止點(diǎn)前始（下止點(diǎn)前48 A 48 A ），經(jīng)過(guò)），經(jīng)過(guò)120 A120 A后，即到達(dá)上止點(diǎn)前后，即到達(dá)上止點(diǎn)前 108 A 108 A （180-180-（120-48120-48） A A ）時(shí)，第）時(shí)，第5 5缸開始排氣，而第缸開始排氣，而第1 1 缸的進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前缸的進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前62 A62 A打開，這時(shí)第打開，這時(shí)第5 5

7、缸的排氣剛進(jìn)行缸的排氣剛進(jìn)行 了了46 A 46 A （108-62 A 108-62 A ），正值壓力波頂峰時(shí)期，因此，第），正值壓力波頂峰時(shí)期，因此，第 5 5缸排氣對(duì)第缸排氣對(duì)第1 1缸的掃氣將發(fā)生干擾。缸的掃氣將發(fā)生干擾。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3. 3. 脈沖系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)的比較和選擇脈沖系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)的比較和選擇 3.1 3.1 廢氣能量的利用廢氣能量的利用 1）脈沖能量的利用 定壓渦輪增壓柴油機(jī)的廢氣可用能包括： 定壓渦輪前的廢氣總能量 = 流向渦輪的掃氣空氣所具有的能 + 活塞推出廢氣所作的功 + 直接從廢氣中取得的部分能量 （其

8、余損失部分為 ）+ 損失掉的能量幾乎全轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?加熱廢氣，使渦輪前的廢氣溫度升高而獲得附加功為 。 脈沖能（脈沖能（ ） -從廢氣中取得的部分能量以外的損失掉的 能量。 1 E 1 E 1 E 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 根據(jù)能量平衡方程得到脈沖能量方程式為： -燃?xì)饬髁浚?-定壓比熱； -渦輪前廢氣溫度 的升高值。 渦輪作功能力的增加值-附加功為： -渦輪出口的背壓， -排氣管內(nèi)壓力 1expp EG C T exp G p C T (1)/ 1exp0 (1 (/) rr kk pr EG C TP P 0 p r p 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓

9、器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 則二者之比為則二者之比為 結(jié)論：結(jié)論： 在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，廢氣能量節(jié)流損失較小，能夠較好地在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，廢氣能量節(jié)流損失較小，能夠較好地 利用脈沖能量利用脈沖能量 。 在高增壓柴油機(jī)中，由于定壓渦輪的膨脹比高，在高增壓柴油機(jī)中，由于定壓渦輪的膨脹比高， 隨膨脹隨膨脹 比的增加而增加，脈沖能量比的增加而增加，脈沖能量 的回收部分的回收部分 也增大。也增大。 兩種增壓系統(tǒng)對(duì)脈沖能量的利用將隨增壓比提高而逐漸接近。兩種增壓系統(tǒng)對(duì)脈沖能量的利用將隨增壓比提高而逐漸接近。 (1) 01 1 1 () r r k k r PE EP 1 E 11

10、/EE 1 E 1 E 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 2）渦輪的效率 在定壓系統(tǒng)中，渦輪前廢氣壓力恒定， 渦輪噴嘴環(huán)是全圓周均勻進(jìn)氣沒有部分進(jìn) 氣損失，所以渦輪效率較高，而在脈沖增 壓系統(tǒng)中，渦輪前的廢氣壓力波動(dòng)較大， 渦輪噴嘴環(huán)是間歇地部分進(jìn)氣，進(jìn)氣損失 較大，所以脈沖渦輪的效率低。 T 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.2 渦輪尺寸大小 采用脈沖渦輪增壓時(shí)，通過(guò)渦輪的氣體流 量是變化和間歇的，當(dāng)渦輪前的氣體狀態(tài)處于 脈沖壓力波谷時(shí)，通過(guò)渦輪的氣體流量很小， 而當(dāng)渦輪前廢氣處于脈沖波峰時(shí)，則要求渦輪 具有較大的瞬

11、時(shí)通流能力，因此當(dāng)柴油機(jī)工作當(dāng)柴油機(jī)工作 需要的的氣體流量相同時(shí)，脈沖渦輪的尺寸要需要的的氣體流量相同時(shí)，脈沖渦輪的尺寸要 比定壓渦輪的大些。比定壓渦輪的大些。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.3 柴油機(jī)的加速性能 在定壓渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于排氣管的 流通截面均較脈沖渦輪增壓系統(tǒng)大，當(dāng)柴油機(jī) 處于空載或低負(fù)荷，排氣管中的廢氣的溫度及 壓力均很低，當(dāng)柴油機(jī)加速時(shí)，雖然氣缸中廢 氣的溫度及壓力已開始上升，但在容積較大的 排氣管中，廢氣壓力建立緩慢，渦輪增壓器跟 不上柴油機(jī)的加速，不能迅速及時(shí)地供給柴油 機(jī)所需的空氣量，出現(xiàn)較大的滯后現(xiàn)象。 第四章 柴油機(jī)

12、與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 脈沖系統(tǒng)排氣管的容積小，渦輪前廢氣 壓力能隨著柴油機(jī)的加速而迅速上升，因 此，定壓渦輪增壓柴油機(jī)的加速性能比脈定壓渦輪增壓柴油機(jī)的加速性能比脈 沖增壓柴油機(jī)差。沖增壓柴油機(jī)差。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.4 柴油機(jī)的低速扭矩特性 定壓系統(tǒng)中，由于廢氣的脈沖能量 的回 收能量 隨著膨脹比的降低而減少，故在柴油 機(jī)低速時(shí)，由于渦輪的膨脹比減少，渦輪利用 的廢氣能量降低，從而傳輸給壓氣機(jī)工作輪的 能量的減少，因此進(jìn)氣壓力 隨之下降，每循 環(huán)供應(yīng)柴油機(jī)的空氣量減少，使柴油機(jī)低速扭 矩變小。 1 E

13、1 E S P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 而脈沖增壓柴油機(jī)在低速時(shí)，廢氣能量的節(jié) 流損失相對(duì)較小，可以較好地利用廢氣的脈沖能 量，故脈沖渦輪增壓柴油機(jī)的低速扭矩性能較定脈沖渦輪增壓柴油機(jī)的低速扭矩性能較定 壓渦輪增壓柴油機(jī)好。壓渦輪增壓柴油機(jī)好。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.5 柴油機(jī)的油耗率 脈沖增壓系統(tǒng)在增壓壓力較低、并處于部 分負(fù)荷時(shí)具有較好的油耗率；定壓增壓系統(tǒng)在 滿負(fù)荷時(shí)才有較好的油耗率。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.6 柴油機(jī)掃氣質(zhì)量 脈沖增壓系統(tǒng)

14、可以利用排氣壓力波加強(qiáng) 氣缸掃氣，有利于增加進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì) 量，降低零件熱負(fù)荷。 定壓增壓系統(tǒng)只在高增壓、滿負(fù)荷時(shí)才 有較好的掃氣質(zhì)量，在低負(fù)荷時(shí)掃氣效果 較差。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-1 增壓系統(tǒng)的基本型式及其選擇 3.7 增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 定壓增壓系統(tǒng)的排氣管結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，布置較方便。 但當(dāng) 時(shí)，采用脈沖增壓系統(tǒng)，這對(duì)廢氣能量 的利用較為有利。不過(guò)缸數(shù)較多的高速大功率柴油 機(jī)，由于脈沖系統(tǒng)排氣管布置復(fù)雜，因此常常不用 脈沖增壓系統(tǒng)。至于5、7、10、14、20缸及4、8、 16缸柴油機(jī)，無(wú)論中、高速則通常要考慮采用脈沖 轉(zhuǎn)換器，這樣既能補(bǔ)救脈沖增壓在全負(fù)荷時(shí)的性能 缺點(diǎn)，又能

15、在一定程度上克服定壓系統(tǒng)在低速負(fù)荷 時(shí)的弱點(diǎn)。 5 . 2 k p 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 根據(jù)柴油機(jī)的不同用途，則對(duì)渦輪增壓器的選配要 求也有所不同，一般常以柴油機(jī)在70%-80%標(biāo)定轉(zhuǎn) 速下的工況，作為選配或設(shè)計(jì)渦輪增壓器的工況，在 這一工況下，渦輪增壓器效率達(dá)到最大值，這樣即使 在低速工況下，增壓壓力 和空氣流量 也不會(huì)降低 很多，從而滿足低速大扭矩的要求，但柴油機(jī)在標(biāo)定 工況時(shí)，渦輪增壓器效率將有所降低。 壓氣機(jī)主要參數(shù)的確定只決定于柴油機(jī)工作的需要， 但渦輪設(shè)計(jì)參數(shù)的確定卻與增壓系統(tǒng)有關(guān)。 k P k G 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的

16、配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 1 1壓氣機(jī)主要參數(shù)的確定壓氣機(jī)主要參數(shù)的確定 1.1空氣流量 的確定 增壓柴油機(jī)所需要的空氣總量 可按下式計(jì)算的： -增壓柴油機(jī)標(biāo)定功率，增壓柴油機(jī)標(biāo)定功率， -標(biāo)定功率時(shí)的有效油耗，標(biāo)定功率時(shí)的有效油耗， -燃燒一公斤燃油所需理論空氣量，燃燒一公斤燃油所需理論空氣量， -參加燃燒的過(guò)量空氣系數(shù)（標(biāo)定工況時(shí)，直噴式燃燒參加燃燒的過(guò)量空氣系數(shù)（標(biāo)定工況時(shí)，直噴式燃燒 室室 =1.72.2；分隔式燃燒室分隔式燃燒室 1.4），）， -掃氣系數(shù)，四沖程柴油機(jī)掃氣系數(shù)，四沖程柴油機(jī) =1.05=1.051.31.3。 k G B G 0 3 ()( 41

17、) 3 6 0 01 0 see B gLN k g G s e N e g 0 L 3 . 1 s s 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 根據(jù)柴油機(jī)所用增壓器的個(gè)數(shù)Z，可求得每個(gè)增 壓器提供的空氣量 1.1.1增壓壓力 的確定 根據(jù)柴油機(jī)的空氣量計(jì)算式 -氣缸數(shù)， - 每缸的工作容積， -柴油機(jī)轉(zhuǎn) 速， -沖程數(shù)， -充氣系數(shù)， -柴油機(jī)進(jìn) 氣管內(nèi)空氣的密度。 3 (42) 3010 svss B iV n G k G i S Vn V s K P B k G G Z 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 令：(4-

18、1)=(4-2)，因?yàn)?故 當(dāng)采用中冷器時(shí)，柴油機(jī)進(jìn)氣總管內(nèi)的空氣溫度 可由 、冷卻器的效率決定，一般 應(yīng)比中冷器進(jìn)水溫 度高1025C，空氣流過(guò)中冷器時(shí)要產(chǎn)生壓力損 失 ，其值一般不超過(guò)0.050.06（bar），在確 定 和 后，即可求得增壓壓力： 225 Sem e iV nP N / sSS PRT 3 0 10 9225 eems s v gL P T P KSX PPP S T S T K T X P X P S P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 當(dāng)增壓器的出口空氣溫度 時(shí)，一般可不裝空 氣冷卻器， 這時(shí)柴油機(jī)進(jìn)氣管的空氣參數(shù)即增壓器 出

19、口空氣參數(shù)： 假設(shè)增壓器的絕熱(等熵)效率為 ，則可算出增壓 器出口空氣溫度 。 、 -環(huán)境壓力、溫度 70 K tC KS rr KS PP KS TT ks k T 1 0 0 0 ()1 K k K k ks P T P TT 0 P 0 T 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 不同類型柴油機(jī)的 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 實(shí)踐證明：對(duì)于同類型的柴油機(jī)增壓壓力 ，主 要決定于柴油機(jī)增壓壓后達(dá)到的平均有效壓力 。 愈高，則要求的 也愈高。 emk PP / emk PP / 機(jī)機(jī) 型型 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)國(guó)外國(guó)外 四沖程高速柴油機(jī)四沖程高速柴油機(jī)0.155-0.1750.140-

20、0.160 四沖程低速柴油機(jī)四沖程低速柴油機(jī)0.160-0.1800.145-0.180 K P K P em P em P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 2 2定壓渦輪主要參數(shù)的確定定壓渦輪主要參數(shù)的確定 21 燃?xì)饬髁?在純廢氣渦輪增壓時(shí)，通過(guò)一個(gè)渦輪的燃?xì)饬髁?應(yīng)等于一個(gè)壓氣機(jī)供給的空氣流量 加上與它相聯(lián) 接的氣缸所消耗的燃油量 ，即： T G K G b G 0 1 (1)(1) b Tkbkk ks G GGGGG GL 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 2.2 渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟?由于渦輪裝在柴油機(jī)排

21、氣總管的出口上，渦輪進(jìn)口 溫度可以認(rèn)為是排氣總管內(nèi)的平均溫度。柴油機(jī)的排 氣溫度可以根據(jù)熱平衡計(jì)算確定。由柴油機(jī)熱平衡方 程得 -柴油機(jī)的燃油消耗量柴油機(jī)的燃油消耗量 -空氣從空氣從0C到到 的平均的平均 比熱比熱 -柴油機(jī)總空氣耗量柴油機(jī)總空氣耗量 -柴油機(jī)進(jìn)氣溫度柴油機(jī)進(jìn)氣溫度 -包括掃氣在內(nèi)的總廢氣量包括掃氣在內(nèi)的總廢氣量 -渦輪前燃?xì)獾臏囟葴u輪前燃?xì)獾臏囟?-傳給冷卻液的熱量損失百分率傳給冷卻液的熱量損失百分率 -柴油機(jī)的指示功率柴油機(jī)的指示功率 -燃油低熱值燃油低熱值 -燃?xì)鈴娜細(xì)鈴?C到到 的平均比熱的平均比熱 T T 632 bUBPK sTpt TbbUi G HG C tG

22、C tqG HN b G U H T G B G s t T t b q i N PK C pt C s t T t 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 則 因 令 則 632 i i bu N G H 1)632 bbUBPKsi T Tpt qG HG CtN t G C )/( 0 LGG bB 0 / Bb GGL 0 1/LGG bT 0 0 (1) (1) buPk siu T PT q HL C tH t L C 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 2.3 渦輪進(jìn)口燃?xì)鈮毫?渦輪進(jìn)口燃?xì)鈮毫捎蓽u輪和壓氣

23、機(jī)平衡方程求得， 壓氣機(jī)消耗的功率為： 渦輪發(fā)出的功率為： 、 -渦輪前滯止溫度和滯止壓力 -渦輪排氣壓力 1 0 0 ()1 75751 k kkskK k K ksks G WGPk NRT kP 1 * 0 * 1 () 751 t T k k TTT TTTTm TT PGk NR T kP T T T P 0T P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 因定壓系統(tǒng)排氣總管容積很大，噴嘴前氣流速度很 小，可近似認(rèn)為： -渦輪排氣壓力，可根據(jù)渦輪出口壓力確定 -渦輪增壓器的機(jī)械效率 由 則得： 0T P TT PP TT TT m KT NN 1 0

24、0 ()1 1 k k k k Pk GRT kP 1 0 * 1 () 1 t T k k TT TTTTmks TT Pk GR T kP 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 整理得： 其中 ： 令 主要與氣體的化學(xué)成分有關(guān)，在壓力不很高，溫 度不很低的情況下， 、 、 均可認(rèn)為是常數(shù)，通 常： 1 1 0 00 1 ()11()(43) 1 T T k k k kTTTTT k Tk TkT PPkRTGk PkkRTGP TKksTm 1 1 1 TT T kRk k kkR 1 k k T RR、 T K 1.3 T k 1.4k 29.3 T

25、R 29.97R 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 則求得： 令： 故式（4-3）變?yōu)椋?0 TT T k k TG TG 1 1.15k 1 1 0 1 0 ()11()(44) T T k k k kT k T PP k PP 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 通過(guò)上式我們可以看出：如果值通過(guò)上式我們可以看出：如果值 不大，也就是說(shuō)增壓綜合不大，也就是說(shuō)增壓綜合 效率不高，或是廢氣溫度效率不高，或是廢氣溫度 不高，即廢氣所具有的焓值不高，不高，即廢氣所具有的焓值不高， 要達(dá)到同樣的要達(dá)到同樣的 值，則值，則 值

26、就要高，顯然，要維持一定的值就要高，顯然，要維持一定的 值，值， 在在 值小于某一數(shù)值時(shí)，必將出現(xiàn)值小于某一數(shù)值時(shí)，必將出現(xiàn) ，這種情況使柴油機(jī)，這種情況使柴油機(jī) 不能實(shí)現(xiàn)掃氣，因此，在廢氣溫度受到限制的情況下，則要求不能實(shí)現(xiàn)掃氣，因此，在廢氣溫度受到限制的情況下，則要求 渦輪增壓器具有較高的效率。渦輪增壓器具有較高的效率。 同時(shí)應(yīng)該指出：上述確定的同時(shí)應(yīng)該指出：上述確定的 值僅滿足功率平衡的條件，但值僅滿足功率平衡的條件，但 從滿足柴油機(jī)通流特性看，在換氣過(guò)程中要使給定流量流過(guò)氣從滿足柴油機(jī)通流特性看，在換氣過(guò)程中要使給定流量流過(guò)氣 缸時(shí)，壓力差缸時(shí)，壓力差 應(yīng)能克服進(jìn)排氣閥和氣缸內(nèi)部的阻力

27、應(yīng)能克服進(jìn)排氣閥和氣缸內(nèi)部的阻力 ， 以及從排氣門出口到渦輪前的排氣管內(nèi)的阻力以及從排氣門出口到渦輪前的排氣管內(nèi)的阻力 ，即：，即： K P K P TK PP T T T P T STgr PPPP T P ST PP g P rT P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-2 選配渦輪增壓器的主要參數(shù)的確定 考慮中冷器，則有： -流過(guò)中冷器的壓損 若排氣門出口處的燃?xì)鈮毫?，則應(yīng)滿足： -排氣門出口壓力 若根據(jù)(4-3)式確定的 值滿足上式，則表明在給定 的空氣流量流過(guò)氣缸時(shí)，所產(chǎn)生的壓力差 是相適 應(yīng)的，即按功率平衡確定的 值，能滿足柴油機(jī)的通 流特性，反之，則說(shuō)明在給定的壓差下流量將

28、比要求 的少，這必然使掃氣質(zhì)量下降。 XrTgTK PPPPP X P gSr PPP rTrT PPP r P ST PP T P T P r P 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 渦輪增壓器與柴油機(jī)是按不同的工作原理工作 的兩種機(jī)械，具有明顯的不同的流量特性，如何使 其在全部工況內(nèi)協(xié)調(diào)工作，是柴油機(jī)與增壓器匹配 及其調(diào)整所需研究的問(wèn)題， 解決以上所提出的問(wèn)題，途徑有兩條： 為柴油機(jī)設(shè)計(jì)合適的增壓器； 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不適之處，對(duì)增壓器和柴油機(jī)作出 調(diào)整。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)

29、整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 1 1渦輪增壓器與柴油機(jī)配合特性要求渦輪增壓器與柴油機(jī)配合特性要求 壓氣機(jī)特性圖上的配合特性線壓氣機(jī)特性圖上的配合特性線 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 曲線曲線1 1：柴油機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的等轉(zhuǎn)速線，柴油：柴油機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的等轉(zhuǎn)速線，柴油 機(jī)在這一轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的增大，廢氣能量增加，機(jī)在這一轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的增大，廢氣能量增加， 渦輪增壓器轉(zhuǎn)速很快上升，增壓壓力和空氣流量也渦輪增壓器轉(zhuǎn)速很快上升，增壓壓力和空氣流量也 很快增加，同時(shí)柴油機(jī)氣缸爆發(fā)壓力也上升，因此，很快增加，同時(shí)

30、柴油機(jī)氣缸爆發(fā)壓力也上升，因此， 柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的最大負(fù)荷受到增壓器的最高柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的最大負(fù)荷受到增壓器的最高 轉(zhuǎn)速、渦輪前最高溫度以及氣缸最大爆發(fā)壓力的限轉(zhuǎn)速、渦輪前最高溫度以及氣缸最大爆發(fā)壓力的限 制。制。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 曲線曲線2 2：柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線，這時(shí)由于：柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線，這時(shí)由于 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，廢氣能量小，所以增壓壓柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，廢氣能量小，所以增壓壓 力和空氣流量都比較小，柴油機(jī)負(fù)荷受冒力和空氣流量都比較小，柴油機(jī)負(fù)荷受冒 煙極限的限制，而且隨著負(fù)荷加大應(yīng)避免煙極限的

31、限制，而且隨著負(fù)荷加大應(yīng)避免 壓氣機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)，因此最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線壓氣機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)，因此最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線 是柴油機(jī)低速冒煙極限線。是柴油機(jī)低速冒煙極限線。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 曲線曲線3 3：柴油機(jī)的外特性運(yùn)行線，這時(shí)柴油機(jī)循環(huán)供油量保持柴油機(jī)的外特性運(yùn)行線，這時(shí)柴油機(jī)循環(huán)供油量保持 最大值，而負(fù)荷的增加，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖罡咦兓阶畹停畲笾担?fù)荷的增加，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖罡咦兓阶畹停?隨著轉(zhuǎn)速的下降，廢氣流量減少，增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力也隨著轉(zhuǎn)速的下降，廢氣流量減少，增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力也 隨之下降，但由于柴油

32、機(jī)最大循環(huán)供油量未變，柴油機(jī)在各隨之下降，但由于柴油機(jī)最大循環(huán)供油量未變，柴油機(jī)在各 個(gè)轉(zhuǎn)速下的排氣溫度都較高，因此渦輪增壓器轉(zhuǎn)速下降的程個(gè)轉(zhuǎn)速下的排氣溫度都較高，因此渦輪增壓器轉(zhuǎn)速下降的程 度不象在柴油機(jī)等轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)因負(fù)荷降低引起增壓器轉(zhuǎn)速下度不象在柴油機(jī)等轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)因負(fù)荷降低引起增壓器轉(zhuǎn)速下 降的那么快，然而空氣流量因柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而很快下降，降的那么快，然而空氣流量因柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而很快下降， 從而柴油機(jī)以外特性運(yùn)行時(shí)要避免低速太靠近喘振線，甚至從而柴油機(jī)以外特性運(yùn)行時(shí)要避免低速太靠近喘振線，甚至 進(jìn)入喘振區(qū)。進(jìn)入喘振區(qū)。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特

33、性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 曲線曲線4 4：螺旋槳工作特性的運(yùn)行線，它介于：螺旋槳工作特性的運(yùn)行線，它介于 外特性運(yùn)行線與額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行線之間。外特性運(yùn)行線與額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行線之間。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 渦輪增壓柴油機(jī)運(yùn)行范圍渦輪增壓柴油機(jī)運(yùn)行范圍 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 良好的配合運(yùn)行特性不僅是在允許的范 圍內(nèi)，而且聯(lián)合運(yùn)行線應(yīng)通過(guò)壓氣機(jī)的高 效率區(qū)，并大致平行于喘振邊界，如果運(yùn) 行線偏離喘振邊界太遠(yuǎn)，則增 壓器將落入

34、低效率區(qū)工作，這時(shí)噴嘴前壓力和溫度都 會(huì)升高，氣缸的掃氣惡化，增壓柴油機(jī)性 能變壞。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 2 2配合性能的調(diào)整 在配合試驗(yàn)或運(yùn)行中，可能出現(xiàn)如下幾 個(gè)方面的問(wèn)題需進(jìn)行調(diào)整。 1）運(yùn)行線太靠近喘振線，甚至穿入喘振區(qū)， 調(diào)整時(shí)應(yīng)先分析產(chǎn)生喘振的原因，然后采 用如下適當(dāng)?shù)拇胧?第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 改用小一號(hào)的增壓器，小一號(hào)增壓器的 喘振線大致平行于原壓氣機(jī)喘振線并移向 流量小的一邊，這樣運(yùn)行就可脫離喘振區(qū)， 改用小一

35、號(hào)增壓器后，可能使運(yùn)行線通過(guò) 效率較高的區(qū)域，因此運(yùn)行線也將向流量 小的方向移動(dòng)； 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 適當(dāng)縮小壓氣機(jī)通道截面。在沒有小一號(hào)增壓 器選擇時(shí)，可采用這種方法，這時(shí)壓氣機(jī)葉輪及 擴(kuò)壓器的通道截面都要相應(yīng)縮小，因此它的特性 線將大致平行原特性線并向流量小的方向偏移； 減小壓氣機(jī)進(jìn)口處直徑。如果能判斷喘震發(fā)生 在導(dǎo)風(fēng)輪中，則可減小壓氣機(jī)葉輪進(jìn)口直徑，以 使壓氣機(jī)特性線向小流量方向偏移； 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 減小擴(kuò)壓器葉輪

36、進(jìn)口角。在有葉片擴(kuò)壓減小擴(kuò)壓器葉輪進(jìn)口角。在有葉片擴(kuò)壓 器的壓氣機(jī)中，喘震通常發(fā)生在葉片擴(kuò)壓器的壓氣機(jī)中，喘震通常發(fā)生在葉片擴(kuò)壓 器中，減小擴(kuò)壓器葉片安裝角，使擴(kuò)壓器器中，減小擴(kuò)壓器葉片安裝角，使擴(kuò)壓器 通流截面減小，流量將有所下降，同時(shí)使通流截面減小，流量將有所下降，同時(shí)使 小流量時(shí)的氣流進(jìn)入擴(kuò)壓器的氣流角減小，小流量時(shí)的氣流進(jìn)入擴(kuò)壓器的氣流角減小， 從而避免喘震。從而避免喘震。 第四章 柴油機(jī)與渦輪增壓器的配合 4-3 增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整增壓器與柴油機(jī)的特性配合及調(diào)整 2 2）增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力的調(diào)整）增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力的調(diào)整 由于增壓比近似與增壓器轉(zhuǎn)速的平方成正比，由于增壓比近似與增壓器轉(zhuǎn)速的平方成正比， 因此兩者的調(diào)整措施是一致的。常用的方法有：因此兩者的調(diào)整措施是一致的。常用的方法有： 調(diào)整噴嘴環(huán)面積，增大噴嘴環(huán)面積時(shí)，廢氣能量調(diào)整噴嘴環(huán)面積，增大噴嘴環(huán)面積時(shí)，廢氣能量 降低，增壓器轉(zhuǎn)速下降，增壓壓力也隨之下降，反降低，增壓器轉(zhuǎn)速下降，增壓壓力也隨之下降，反 之亦然，但如果柴油機(jī)尚未達(dá)到額定工況時(shí)，增壓之亦然，但如果柴油機(jī)尚未達(dá)到額定工況時(shí)，增壓 器轉(zhuǎn)速已達(dá)額定值，若繼續(xù)提高柴油機(jī)功率，則增器轉(zhuǎn)速已達(dá)額定值，若繼續(xù)提高柴油機(jī)功率，則增 壓器必將超速運(yùn)行，這是不允許的，增大噴嘴截面壓器必