第十四讲 增压器与柴油机匹配
涡轮增压器与柴油机的匹配分析
涡轮增压器与柴油机的匹配分析佚名【摘要】文章选取适当的柴油机增压器，利用计算法确定增压器增压参数，并通过AVL-BOOST软件建立柴油机增压模型，对发动机与涡轮增压器的匹配进行仿真，并且对匹配结果进行分析。
结果表明，该软件进行增压器与柴油机的匹配仿真是比较好的，也说明了所选择的增压器是比较适合所匹配柴油机的。
%This paper selected the appropriate turbocharger,determined the supercharged parameters by the calculation method and modeled by using AVL-BOOST. Moreover,the simulation was carried out for the matching and the result was analyzed. Results showed that the matching of turbocharger and diesel engine with the simulation software is better and explained the turbocharger selected is suitable for diesel engine.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P40-42,50)【关键词】柴油机;增压参数;增压模型;匹配【正文语种】中文【中图分类】U464.135随着世界汽车保有量的不断增多，人们对汽车的的各种性能追求也越来越高，而在这众多性能中对发动机的动力性和燃油经济性是最基本的要求，因此增压技术得到了快速发展[1]。
从发展趋势来看，增压程度越来越高，现在最大平均有效压力已超过3.0 MPa，这样高的平均有效压力，使得高增压柴油机出现了机械负荷和热负荷严重、低工况性能和瞬态特性变差等突出的问题，因此对增压系统提出了越来越高的要求:要具有良好的全工况性能，主要是有利于改善低工况性能；较高的排气能量利用率；气缸扫气顺利；有害排放物低；瞬态特性好；排气管系结构尽可能简单；易于实现系列化生产；涡轮尽量采用单进口。
可变截面涡轮增压器与柴油机的匹配研究
可变截面涡轮增压器与柴油机的匹配研究作者：张莉莉来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2018年第7期摘要：文章采用GT-POWER软件，建立柴油发动机的仿真模型，分别研究柴油机匹配了JK45和JK48两个型号的可变截面涡轮增压器的工作情况，通过对比两个型号的涡轮增压器与柴油机的联合运行曲线，发现JK48型可变截面涡轮增压器与柴油机的匹配效果更优。
关键词：GT-POWER软件；可变截面涡轮增压器；柴油发动机；匹配『课题项目：本文系2016年度西安航空职业技术学院科研计划项目“可变截面涡轮增压器与柴油机的匹配研究”的研究成果，课题编号：16XHKY-002]涡轮增压技术是提高柴油机功率，降低排放的有效方法。
近几年柴油机上普遍采用可变截面涡轮增压器。
我们知道，涡轮的转速可以改变压气机出口的增压压力，而涡轮的转速是通过涡轮叶片上的气体的流速和流量控制的，所以可变截面涡轮增压器只需要根据发动机工况的变化，改变喷嘴的角度，就可以实现涡轮做功的变化。
柴油机的工作效率是由柴油机与增压器的匹配性能决定的。
本文运用GT-POWER仿真软件，研究JK45和JK48两个型号的可变截面涡轮增压器与柴油机的匹配性能，从而为增压器的选型工作提供技术支持。
一、柴油机基本参数本文的研究对象为国产某品牌的四缸柴油机，柴油机的缸径为93mm，行程为92mm，压缩比为17.2:1，排量为2.5L，最大扭矩为300N．m，最大扭矩转速在1800-2400r/min之间，额定功率为80kW，最低燃油消耗率为220g/(kW．h)，燃烧室为∞形，该柴油机采用BOSCH高压共轨燃油喷射系统。
二、可变截面涡轮增压器本文为柴油机选择了两款型号相近的可变截面涡轮增压器，分别为JK45型和JK48型。
这两款涡轮增压器的参数见表1。
三、柴油机仿真模型可变截面涡轮增压柴油机的GT-POWER模型如图1所示。
该仿真模型可以直观地展现柴油机的组成及其各部件的连接关系。
增压器与内燃机的匹配
匹配对象
优化增压器和发动机得联合工作性能
• 选择压气机,以提供燃烧所需得适量空气, 并满足:
– 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错得 效率
– 高海拔裕量 – 合适得喘振边界
• 选择涡轮机,以驱动压气机,并满足:
– 无废气放气阀时
• 兼顾低速高功率要求和最大气缸爆发压
– 带废气放气阀时
gk ＝Gk/Ne*3600 (kg/kw、 h)
四冲程:5、85-7、5
其中水冷:5、86-6、8,
ge高和大时取大值, n大取小值
4. 由发动机参数计算容积流 量iVhnk
9
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
10
5. 查图得到Gk
6. 在压气机特性曲线上标出 点(Gk,pk/p0)
10. 由T和nT(nnp)在涡轮流 通特性图上得到 GT TT
pT T
n T0
GT TT pT
23
10. 核算GT就是否一致,若不一致, 重选TT,直到GT一致
11. u
DnT
c0
2
k
k' '
1
RTT
k '
1
k T
'
1
12. 从涡轮特性曲线上得到T
T
u/c0
13. 按前面公式求得X 14. 检验功率就是否平衡？
依据 Gk＝10~30%Gk,选用最合适得增压器
11
计算公式得推导: 1) 建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间得关系
体积流量
V0＝
iVh nvs
2 60
103
m3 / s
i : 缸数；Vh工作容积（L）； n:标定点转速； s：扫气系数
增压与匹配
增压与匹配（上）一什么是增压凡是能将内燃机进气的空气密度提高到高于周围环境的空气密度的一切方法，统称增压二为什么要增压（增压目的）内燃机的功率与转化燃料热能的多少，与供入气缸内的空气或混合气的冲量成正比，在气缸容积和内燃机转速不变的情况下，空气冲量与空气密度成正比，因此，可对进入气缸前的空气进行预压缩以提高内燃机的功率。
涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。
一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。
这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。
就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比 1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。
三增压的类型及方法1、机械增压系统：这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。
其优点是结构紧凑，与内燃机，容易匹配，内燃机加速性好，涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。
但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高，传动复杂，燃油消耗率高。
2、气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。
这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面。
3、废气涡轮增压系统：这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。
它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。
当发动机转速增快，废气排出速度与祸轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。
04-09 涡轮增压器与内燃机的匹配 卢炽华发动机原理A,武汉理工大学,汽车学院
涡轮增压器与内燃机的匹配
汽油机的增压技术 1. 爆燃控制 降低压缩比、推迟点火时刻、进气中冷、缸内直喷 等技术
2. 热负荷
采用涡轮前放气的调节方案，来抑制发动机高速高 负荷时增压压力的过度增长 3. 增压器 增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小， 同时效率也要保证在一定的范围内，还要求有增压 调节装置
涡轮增压器与内燃机的匹配
武汉理工大学 汽车工程学院
卢炽华
涡轮增压器与内燃机的匹配
学习内容 联合运行特性 涡轮增压器的匹配 内燃机的增压改造 汽油机的增压技术
涡轮增压器与内燃机的匹配
内燃机与涡轮增压器只通过内燃机的进排气流动相互联系。 内燃机的工作特性参数是转速和负荷，不同转速和负荷下排
气的流量和温度不同，即排气的能量不同，通过增压器转换
涡轮增压器与内燃机的匹配
联合运行线
1—
nmin
2—nmaxLeabharlann 3—外特性5—喘振边界
6—最高转速线 7—最高排温线 8—最低效率线
涡轮增压器与内燃机的匹配
涡轮增压器的匹配
1. 2. 流量范围的选择 通常是指从喘振线至某一效率等值线或堵塞线所包括的区域 联合运行线的调整 调整涡轮增压器的某些结构参数，如增大涡轮喷嘴环出口截面积，将发 动机的联合运行线向右移动，使其离开喘振线而进入正常的工作区域 3. 喘振线位置的调整 采用改变叶片扩压器喉口面积的办法来控制喘振线的左右移动。还可以 通过改变涡轮喷嘴环的出口流通面积、改变运行线的方法适应压气机的 特性曲线 4. 压气机堵塞的控制 适当增大叶片扩压器喉口面积和叶轮喉口面积，可以提高压气机的堵塞 流量 5. 涡轮增压器超速和增压压力的调整 采用增大涡轮喷嘴面积的方法，减小涡轮前的排气能量，可克服增压器 的超速问题
低速船用柴油机与涡轮增压器的匹配
废气涡轮增压技术是提高船用柴油机功率、降低燃油消耗率和减少排放的一项重要措施。
船用柴油机废气涡轮增压器是在某一确定的静态条件下设计的，当投入营运时随着环境条件的变化，必然会引起涡轮增压器性能的改变，出现诸如增压器工作不稳定、压气机出现喘振、废气涡轮出现阻塞、柴油机排气温度过高等现象，导致柴油机达不到预期的增压效果。
因此，柴油机与增压器的匹配是否良好，对柴油机的运行起着十分重要的作用。
一、WinGD低速柴油机与涡轮增压器的性能匹配所谓柴油机与增压器的匹配，严格来说应该是柴油机与增压系统的匹配,即柴油机和增压器的空气压力、流量等参数的合理匹配，使柴油机的性能（油耗率、排气温度、排放物等）达到最优。
WinGD公司要求所有不同额定功率转速点的柴油机都要进行增压器匹配试验，同时该匹配试验需在额定转速功率点进行。
5RT-flex50-D柴油机是WinGD公司推出的新型二冲程、单作用、可逆转、废气涡轮增压器、低速超长冲程船用低速柴油机，该柴油机与涡轮增压器性能匹配主要目的是使柴油机在不同工况下运行均能达到所需的扫气压力、增压器效率、工作在喘振裕度范围内，以确保船舶的安全运行。
1、增压器性能参数的换算（1）参考条件WinGD船用柴油机设计工况及参数计算是根据ISO3046标准确定的，进行增压器性能匹配所测的数据均须转换为ISO工况条件后再进行参数对比调节。
ISO标准工况参数如下:空气进口温度: T1≈25℃淡水冷却剂: t1≈35℃淡水冷却的扫气温度: T2=29℃海水冷却剂:t2≈35℃海水冷却的扫气温度: T3=25℃CMCR工况排气背压:P1=300mmWG≈300Pa（2）ISO工况下扫气压力p值根据5RT-flex50-D型柴油机调试指南要求，调整好爆压和NOX排放，然后再调节扫气压力。
额定扫气压力取决于柴油机额定功率点平均有效压力，各额定功率转速点ISO工况要求的额定扫气压力值参照WinGDR-Tuning软件中数值，R-Tuning软件标定了WinGD5RT-flex5O-D柴油机在ISO工况下所有功率转速点所要求的各项性能参数值。
增压器匹配介绍
图（4）
交叉点在50%额定负荷下列为宜
2023/12/3
8
（6）从瞬态参数分析，扫气期间不倒灌、气 缸压力不小于排气管压力而不不小于进气管 压力，进气压力不波动为宜。如图（5）
图（5）进气压力波动不不小于5%，排气管 压力上升、下降要快，下降后无反射波
2023/12/3
9
3、各原因对增压匹配旳影响及调整措施 柴油机和压气机 ①柴油机对压气机旳要求： 压气机效率要高，因为压气机效率高，在一定压比
如如压气机压力偏低，流量偏小，而增压器转速己到达要求，可调压气机来到达 要求
2023/12/3
15
（3）柴油机和排气管 对脉冲增压，一根好旳排气管，既能使脉冲能量利
用率高，又能使增压器效率高，柴油机扫气效果好， 所以是增压匹配旳主要内容。对排气管旳要求如下： 要有合理旳分枝：根据缸数不同，脉冲增压有双脉 冲、三脉冲、四脉冲之分。分枝时要防止部分进气 和压力波相互干扰。 6缸、12缸柴油机采用三脉冲最佳，此时压力波间 隔240℃A，和排气连续角相同，既无部分进气现象， 又无压力波相互干扰现象，既确保脉冲波效率高， 扫气效果好，又无叶轮断裂之忧。
2023/12/3
3
这种匹配假如搞旳不好 ，将引起下列后果：油耗率 高、排气温度高、烟大、排放物多；增压器喘振、 涡轮叶片断裂等。
例190系列柴油机研制中迂到下列问题：
不增压820马力，增压后700马力，经在匹配上改善， 由700马力 900马力 1100马力 1400马力。由无 叶 有叶 减小fc 加长喷嘴环叶片 调fc
2023/12/3
17
2023/12/3
18
（4）柴油机和进气管：
柴油机进气管也是匹配旳主要部件。对其要求如下：
大功率柴油机增压器的匹配与分析
大功率柴油机增压器的匹配与分析涡轮增压是柴油机降低排放、提高经济性和动力性的重要方法，已经得到了广泛的应用。
对柴油机与不同增压器进行选型匹配试验，通过对匹配后的相关试验数据进行分析，并结合客户的需求，选择最佳的增压器。
标签：增压器；匹配；性能；分析1 概述涡轮增压是内燃机发展的一个飞跃，它是发动机领域内降低排放，提高燃油经济性、强化升功率的有效技术手段。
现如今，工业先进国家已经把涡轮增压机型作为柴油机的基本型。
为了让增压器对柴油机性能的提高达到最好，除了增压器和柴油机本身的良好性能外，两者之间匹配是否合理，也会对柴油机性能产生直接的影响，所以柴油机进行增压器匹配具有重要的意义。
涡轮增压柴油机对匹配性能的要求主要有以下几个方面：（1）柴油机在压气机高效率区运行，要有一定的裕度，最好大致平行于增压器等效率曲线，不发生喘振也不阻塞。
（2）柴油机在标定工况下运行时，要达到预期的进气压力Pb和空气流量qmb，保证足够的过量空气系数φa，燃油消耗be也要满足要求。
（3）柴油机工作时不能出现过高的排温TT。
（4）柴油机工作时增压器转速nTb不能超过其最大值，以保证增压器转子安全；也不能出现过高的增压压力Pk和过高的爆压Pmax，导致太大的机械负荷。
（5）柴油机在小负荷时增压压力与背压能形成交点，说明柴油机与增压器的匹配良好。
（6）增压发动机能达到预定性等指标，在低负荷范围内不出现过高的油耗。
2 设计输入南通柴油机股份有限公司针对陆用发电开发的十六缸增压中冷柴油机，为四气门、电控单体泵、废气涡轮增压、空空中冷型柴油机。
具体参数见表1。
表13 增压参数的确定为了保证发动机与增压器的匹配达到最佳，即达到预定的各项性能指标，首先要确定合理增压参数，主要的增压参数有：（1）增压压力Pk和壓比πk。
（2）涡轮前排气温度tT。
（3）空气流量mA（kg/s）。
（4）大气压Po和气温to。
4 增压器的选型和匹配试验根据参数要求，对该柴油机增压器进行选型，第一方案选用SJ130NT增压器。
涡轮增压器与发动机匹配介绍
涡轮增压器组成和作用
涡轮
有轴承和轴承室，固定在排气管上，可以使 用排气能量
废气管道
连接发动机和涡轮，将废气引导到涡轮中以 增加动力
压气机
与涡轮相同轴线，可以将进气气体压缩并导 入发动机
控制系统
通过汽车的电子控制单元（ECU）来调节涡 轮增压器的工作
发动机匹配涡轮增压器的原理
1
引擎类型
根据发动机类型和尺寸来选择涡轮增压器，以获得最佳性能
提高动力和扭矩
涡轮增压器可以在高负载情况下提供更好的 操控性能
普及化
涡轮增压技术已成为现代发动机设计的标准， 以及未来汽车工业发展的重要方向之一
合适的涡轮增压器需要具有 足够的效率，以确保发动机 在任何环境下都能正常工作
常见的涡轮增压器和发动机匹配方案
对于轻型和中型发动机
单一涡轮增压器，转速较低， 功率和扭矩较弱
对于高性能发动机
双涡轮增压器，具有更高升压 量和更强的动力
电动涡轮增压器技术
最新的技术，提供更高的响应 速度和升压能力，而且更加环 保
涡轮增压器与发动机匹配 介绍
涡轮增压是一种提高发动机功率的常用技术。在这个介绍中，我们将探讨涡 轮增压器和发动机的基本工作原理，并介绍它们之间的匹配。
涡轮增压器工作原理
1
动力源
从发动机排气管流出的废气转入涡轮增压器
2
涡轮
废气通过涡轮进口旋转涡轮，转动的轴带动压气机旋转，使进气增压并流入发动机
2
使用场景
根据车辆用途，如城市街道和高速公路，来选择合适的涡轮增压器
3
法规要求
需要满足当地的法规要求，例如排放标准和噪音限制
涡轮增压器与发动机的匹配需考虑的因 素
涡轮增压器与发动机匹配介绍
通过更有效的燃烧过程，涡轮增压器能减少排放 物质的产生。
燃油经济性
有效的发动机压缩可提高燃油的利用效率，从而 提高燃油经济性。
可调控性
现代涡轮增压器可通过可变几何涡轮等技术，根 据需要调节动力输出。
涡轮增压器与发动机匹配的挑战
1
涡轮滞后
涡轮滞后会导致加速迟缓和动力传递的滞后。
2
工作温度
涡轮增压器在高温环境下工作，需要考虑材料和热管理。
影响涡轮增压器与发动机匹配的因素
1 引擎功率需求
涡轮增压器需根据发动机 的功率需求来选择合适的 型号。
2 排气系统
良好设计的排气系统能提 供更流畅的气流，改善涡 轮增压器效能。
3 冷却系统
高温环境下，冷却系统对 涡轮增压器的工作稳定性 至关重要。
涡轮增压器与发动机匹配的优势
提高动力输出
通过增加进气空气密度，涡轮增压器可以显著提 高发动机的动力输出。
涡轮增压器与发动机匹配 介绍
涡轮增压器是一种通过利用发动机排气气流来提高发动机性能的装置。 本节将介绍涡轮增压器的定义、作用以及与不同类型发动机的匹配。
涡轮增压器的工作原理
1
排气能量转换
发动机排气气流经过涡轮增压器，将动能转化成涡轮的旋转动力。
2
压缩空气供给
涡轮带动压气机旋转，将大量空气压缩，并送入发动机燃烧室。
3
增强动力输出
压缩空气增加了发动机每个循环所能燃烧的燃料量，从而有效提高了发动机的动力输出。
发动机类型与涡轮增压器的匹配
自然吸气发动机
通常与涡轮增压器不匹配，因 其缺乏排气能量以供给涡轮旋 转。
机械增压发动机
通常结合了涡轮增压器与机械 压气机以提供更高的压力和更 高的动力输出。
涡轮增压器与发动机匹配介绍 ppt
线园圈在纵斜方向长一些，而对于按外特性工作的 柴油机，则希望效率曲线园圈在横斜方向长一些， 高效区要宽广。匹配时使最大扭矩点落在高效区。 如图（6）所示。
2020/5/3
-
10
涡轮增压器 与发动机匹配介绍
2020/5/3
-
1
1.概述
所谓柴油机与增压器匹配，严格说应是柴油 机和增压系统（包括与增压有关的零部件） 的匹配。即柴油机和增压器的空气压力、流 量等参数合理匹配，使柴油机的性能指标 （油耗率、排气温度、排放物等）达到最优， 工作可靠 。
2020/5/3
-
2
增压匹配的内容包括以下方面：压气机、燃 气涡轮、排气管、进气管、中冷器、空滤器、 消声器、进排气凸轮轴型面、配气相位、运 转参数（工况）、环境参数（气温气压）。
2020/5/3
-
3
这种匹配如果搞的不好 ，将引起以下后果：油耗率 高、排气温度高、烟大、排放物多；增压器喘振、 涡轮叶片断裂等。
例190系列柴油机研制中迂到以下问题：
不增压820马力，增压后700马力，经在匹配上改进， 由700马力 900马力 1100马力 1400马力。由无 叶 有叶 减小fc 加长喷嘴环叶片 调fc
②调整 如压气机压力偏低，流量偏小，而增压器转速未达到要求，可将喷咀环面积调小，
提高增压器转速
如如压气机压力偏低，流量偏小，而增压器转速己达到要求，可调压气机来达到 要求
2020/5/3
-
15
（3）柴油机和排气管 对脉冲增压，一根好的排气管，既能使脉冲能量利
用率高，又能使增压器效率高，柴油机扫气效果好， 所以是增压匹配的重要内容。对排气管的要求如下： 要有合理的分枝：根据缸数不同，脉冲增压有双脉 冲、三脉冲、四脉冲之分。分枝时要避免部分进气 和压力波互相干扰。 6缸、12缸柴油机采用三脉冲最好，此时压力波间 隔240℃A，和排气持续角相同，既无部分进气现象， 又无压力波互相干扰现象，既保证脉冲波效率高， 扫气效果好，又无叶轮断裂之忧。
涡轮增压器与柴油机匹配仿真研究
１ ． ２ 柴 油机 仿真 模 型
ｇ ｕ ａ ｒ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉ ｔ ｓ ｖ ｅ ｒ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ．Ｔ ｈｅ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｍａ ｄｅ ｂｙ ａ ｎａ ｌ ｏ ｇ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ．
ｂ ｙ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ ． Ｔｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｄ ｉ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｂ ｕｉ ｌ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ＧＴ－ Ｐｏ ｗｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｉ ｓ ｄ ｅ ｍａ ｒ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ
大 缩短 了开 发周 期 。
为载体 ， 柴 油机 基本 参 数 如表 １所 示 ， 开 发 目标 侧
重 于柴 油 机经 济 性 的 提 升 ， 要 求 在 整 个 柴 油 机 运 行 范 围 内功 率 、 扭 矩 不 降低 的前 提 下 ， 最 大 扭矩 点 的 比油 耗 降低 ５ ％。
表 １ 原 机 技 术 参 数
技 术 参 数
型 号
本研 究应 用 Ｇ Ｔ — Ｓ ｕ ｉ ｔ ｅ软 件 包 中 的 Ｇ Ｔ － Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ 模 块 来 模 拟柴 油 机 与增 压 器 的 匹 配 ， 这 款 软 件 能 在开 发 初 期 某 些 参 数 不 足 的情 况 下 （ 如 涡 轮
涡轮增压器与柴油机匹配性能的调整
涡轮增压器与柴油机匹配性能的调整作者：李宁来源：《农机使用与维修》2014年第11期涡轮增压器和柴油机是两种工作原理各不相同的机械，具有明显不同的工作特性，它们的联合运行，就存在一个匹配和调整的问题。
一、匹配的主要要求1.柴油机每个工作循环内涡轮增压器所提供的空气增压比和流量，均能满足柴油机进气的需要；2.柴油机排气所提供的能量能满足涡轮带动压气机的需要；3.柴油机进气特性曲线与压气机运行特性曲线相匹配，尽可能落在压气机特性曲线的高效率区域内，并远离喘振边界线。
这样，才能达到满意的运用效果。
选配时，通常按标定工况确定涡轮增压器的主要设计参数，然后根据厂方提供的技术资料和特性曲线图，选定增压器的型号。
选定后即做配机试验，以求全面满足增压器与柴油机联合运行时的性能要求。
涡轮增压器与柴油机的匹配还应满足各种工况运行时的良好配合。
良好的配合主要表现在：（1）在整个运行范围内能正常工作，不出现喘振、超速、排气温度超限等；（2）柴油机运行线处于压气机的高效率区内。
涡轮增压器是专业厂批量生产的系列产品，生产厂为了使增压器能适应不同用途、不同输出功率、不同增压系统和不同安装位置的柴油机需要，均按组合式结构进行设计，提供通用特性曲线，并备有大量通用零部件供选用。
同一型号的增压器在壳体和叶轮直径不变的情况下，变更少量通流元件，如压气机叶轮、涡轮叶片、喷嘴环和扩压器等，就能在较宽广的流量和增压比范围内保持高的综合效率，满足匹配柴油机的要求。
并在按标定工况确定涡轮增压器的主要设计参数，并选定型号后，配机试验可根据需要适当调整通流元件，以适应匹配要求。
二、匹配性能的调整在匹配试验或运行中，可能出现如下几方面的问题需要进行调整：1.运行线太靠近喘振线甚至穿入喘振区调整时首先弄清产生喘振的原因，然后采取适当措施：（1）改用小一号的增压器。
小一号增压器的喘振线大致平行于原压气机的喘振线并移向流量小的一边，这样运行线就可脱离喘振区。
柴油机可变截面涡轮增压器控制及匹配
柴 油机 广泛用 作钻机 设备 动力 ， 驱动 绞车 、 钻井
泵和转 盘等 工作 机 组 。从 发 展趋 势 来 看 ， 高增 压 提 度 、 善变 工况性 能 、 改 降低 燃 油 消耗 率 、 制 排放 仍 控 为 当前 柴油 机 的研 发重 点ｌ ］ ＿ 。涡 轮 增 压 技 术 由 于 １
时就 可能增 压过 度 ； 果高 速时 增压适 量 ， 如 则低 速时 可能 供气不 足 。 由内燃 机 原理可 知 ， 驱动压 气机 的涡 轮功 率为
于车 用柴 油机上 。如何 实 现涡轮 增压 器与发 动机 的
良好 匹配 在涡 轮增压 技术 的应用 中一 直是一 个很 重
要 的问题 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｉ ｉ ｔｏ ａ ｉｂｌ ｏ ｅ ｒ ｕｒ ｏ ｓ ｐｅ ｃ ｒ ｅ ， ｓ ｄ ｏ ｈｅ ａ ｌ ｓ ｓｏｆｉｓ ｗｏ ｋ— ｓｒ ｃ ： ｍ ｎｇ ａ ｎｅ ｖ ｒａ ｅ ｇｅ ｍ ｔ ｙ ｔ ｂ ｕ ｒ ｈａ ｇ ｒ ｂａ ｅ ｎ ｔ ｎａ ｙ ｉ ｔ ｒ
ｔ ｒ ｈａ ａ ｔ ｒ ｃ ｌ ｕ ａ ｉ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ａ ｈｉｖｅ ｂ ｔ ｅ ｔ ｈｉ ｏｒｔ ｂ ｕｐ ｒ ｈ ｒ ｒ ｗｉｈ ｕ ｂｏ ｃ ｒ ｃ ｅ ａ ｃ ｌ ｔｏｎ ｆｗｅ ｅ ｍ ｄｅ ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｒ ｍａ ｃ ｎｇ ｆ ｕｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ａ ｇｅ ｔ ｄ ｅ ｅ ｎ ｉ ． ｉ ｔ ｄ ｌ ｂ ｈｅｗｏｒ ｎ ｉｅ ｔｏ ｏ ｈ ｄ ｌｓ ｌｃ ｉｎ ｏ ｕ ｂｏ ｓ ｐ ｒ ｈ ｒ ｅ ． ｉｓ ｌｅ ｇｎｅ Ｔｈ ｓｓ ｕ ｙ ｗｉｌ ｅ ｔ ｋｉｇ ｄｒ ｃ ｉｎ ｆ ｒｔ ｅ ｍｏ ｅ ｅｅ ｔｏ ｆｔ ｒ ｕ ｅ ｃ ａ ｇ ｒ
增压中冷与柴油机的匹配guo
2 柴油机与涡轮增压器之间只有气动连接，与机械连接相比响应速度要慢。
3 柴油机的输出功率在很大程度上依赖于增压器所能够供给它的空气量，而常 规增压器所能供给的空气量又依赖于柴油机当时的转速。
4 车用柴油机要求增压器能够在较宽的转速和转矩变化范围内工作，很难兼顾 所有工况点的匹配特性。
四、 增压中冷系统与柴油机的匹配
4.2 涡轮增压器与发动机的匹配
增压器与发动机的匹配有三个方面：发动机与压气机的匹配、发动机与涡 轮的匹配和压气机与涡轮的匹配，三者最终构成涡轮增压器与发动机的匹配。
4.2.1压气机与发动机的匹配 发动机对压气机的要求： 1) 压气机要达到预定的压比，而且要有很高的效率。压气机效率越高，在同一 时，空气温度越低，得到的增压空气密度越高，增压效果越好。 2) 车用发动机的转速范围宽广，因而对相应的压气机特性具有较宽的流量范围 的要求，而且要有较宽的高效率区。另外，发动机的扭矩系数越高，压气机的 流量范围以及高效率区越宽。
二、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ增压器相关内容
2.2.2 变涡轮喷嘴截面方案
该方案通过改变喷嘴环叶片的 转角位置来改变涡轮流通面积进而 控制增压器转速和增压压力。在发 动机低速时，通过减小涡轮流通截 面积而使增压压力提高，从而改善 发动机的低速特性；在发动机高速 时,增大涡轮流通截面积，使增压 压力较普通(截面不可调)增压器增 压压力小，使增压器不至于超速， 发动机的爆发压力不至于过大，同 时还不损坏高工况时发动机的经济 性。该方案还能扩大低油耗运行区， 提高发动机的加速性和瞬态响应性。
四、 增压中冷系统与柴油机的匹配
轴流式增压器与船用低速柴油机的匹配
由于石油日益短缺，柴油机油耗越来越受到关注。
增压器与柴油机的合理匹配，可在满足动力性及排放标准的情况下，保证高的柴油机燃料经济性，因此增压器配机试验是必要的。
一艘新船舶选定柴油机后，据功率、转速等，选择增压器并通过台架性能和排放试验，以满足船舶的螺旋桨特性要求。
本文研究ＭＡＮ增压器与ＭＡＮ二冲程电控柴油机的匹配，以达到如下规定指标：１）扫气压力、排气温度、空气流量、增压器效率、燃油消耗率；２）喘振稳定性（喘振裕度）；３）废气排放标准。
增压器配机试验中，常会遇到一个或几个设计指标不能满足的情况，这就需更换增压器不同档位的流通元件从而调整增压器流通元件流通面积，但需要哪一种流通元件及哪一档，要基于增压器气体和柴油机性能参数的精确测量和档位间隔对应的增压器和柴油机行为参数的间隔。
一ＭＡＮ增压器的特性ＭＡＮ增压器已广泛应用于二冲程和四冲程柴油机，使用滑动轴承和非冷却式废气涡壳。
按废气流过涡轮叶片的方向，分为轴流式涡轮TCA（Turbocharger Axial）系列和径流式涡轮TCR（Turbocharger radial）系列。
后者适合于小流量。
ＴＣＡ系列涡轮增压器主要应用于大功率船用低速柴油机，有七种规格：ＴＣＡ３３、ＴＣＡ４４、ＴＣＡ５５、ＴＣＡ６６、ＴＣＡ７７、ＴＣＡ８８和ＴＣＡ８８－２５，适合脉冲或定压增压，覆盖２０００ｋＷ～３００００ｋＷ柴油机功率范围，见表１。
配二冲程柴油机时，压气机压比最高达4.８，见表２；空气流量为６.２ｍ³/ｓ～５８.０ｍ³/ｓ，见图１。
图１增压器的应用范围效率、压比、流量高，振动小，重量轻、结构紧凑，寿命长，易维修、运行安全、产品成本和寿命期成本低。
已应用于ＭＡＮ公司的二冲程柴油机系列S３５ＭＣ－Ｃ，Ｓ３５ＭＥ－Ｂ，Ｓ４０ＭＣ－Ｃ，Ｓ４０ＭＥ－Ｂ，Ｓ５０ＭＥ－Ｂ，Ｇ５０ＭＥ－Ｂ，Ｇ６０ＭＥ－Ｃ，Ｇ７０ＭＥ－Ｃ，Ｇ８０ＭＥ－Ｃ，Ｋ８０ＭＥ－Ｃ，缸数为５～１２缸。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四节 增压系统的常见故障 和维护管理
一、增压系统的故障及排除 二、增压系统的维护管理 三、增压器损坏后的应急处理
一、增压系统的常见故障
1.增压压力下降 2.增压压力升高 3.增压器强烈振动 4.轴承烧损
二、增压系统的维护管理
废气涡轮增压器工作的主要特点是：转 子转速高，气流流速高，涡轮工作温度 高。因此增压器在运转中，应保持转子 良好的静平衡和动平衡，轴承要有良好 的润滑，流道要清洁并保证可靠的冷却。 在拆装管理时应保证安装间隙，防止部 件变形和安装不正。
⑵ 50DP涡轮增压器结构 涡轮增压器结构
50DP涡轮增压器的标定转速12000r ／min，轴承为外置式根据作用的不同， 将它分为以下四个组成部分。
⑵ 50DP涡轮增压器结构 涡轮增压器结构
①涡轮机 ②压气机 ③转子轴及其支承装置 ④润滑、冷却及密封装置
50DP涡轮增压器的纵剖面图 涡轮增压器的纵剖面图
课外作业：
1.六缸四冲程柴油机发火顺序为1－6－2－ 4－3－5，当第2缸处于压缩上死点时，哪 些缸的气阀间隙可以进行调整？ 2.什么是定压增压和脉冲增压？各有何特点？ 3.增压系统发生喘振的原因有哪些？
2、离心式压气机工作原理
3、离心式压气机的通流特性
⑴压气机的主要参数 ①空气流量 ②增压比 ③压气机转速 ④压气机效率
①空气流量
单位时间流过压气机的空气量叫空 气流量。空气流量可以用质量流量GK （kg/s）或容积流量VK （m3/s）来表示。
②增压比
压气机出口压力与进口压力之比称 为增压比，用表示 π k ，即
第十四讲
第三节 废气涡轮增压系统和涡轮增压器 第四节 增压系统的常见故障和维护管理 第五节 废气涡轮增压柴油涡轮和离心式压气机工作原 理，分析增压系统喘振的原因和特点。 2. 掌握增压器与柴油机的匹配特性。 3.了解增压器的常见故障和维护管理。 4.了解废气涡轮增压柴油机的结构和性能 上特点。
一、柴油机零部件结构及工作 参数的改变情况
1.配气机构的改变情况 2.燃油系统的改变情况 2. 3.压缩比的变化情况 4.采用脉冲增压系统排气管要合理分支
二、柴油机特性指标的变化情 况
增压是提高柴油机动力性和经济性的重 要措施之一。柴油机增压后，其性能指标 均得到较好的改善 。
6135G型柴油机增压前后负荷特性 型柴油机增压前后负荷特性
⑶ 10ZJ涡轮增压器结构 涡轮增压器结构
10ZJ型涡轮增压器的额定转速为 47000r／min，轴承采用内置式，主要供 135、146型柴油机增压配套使用。
10ZJ涡轮增压器 涡轮增压器
四、增压器与柴油机的配合
1、轴流式涡轮机工作原理 2、离心式压气机工作原理 3、离心式压气机的通流特性 4、对增压器与柴油机匹配的要求 5、产生增压器喘振的几种运转工况
1、轴流式涡轮机工作原理
涡轮机的主要部件是固定的喷嘴环和回转 的工作轮。 一列喷嘴环叶片和与之相配的一列工作 轮叶片组成了涡轮机的一个级。涡轮增压器 多采用单级涡轮。
涡轮级中气流参数变化和速度三角形
1、轴流式涡轮机工作原理
当结构上给定的α1角时，β1角的大小取 决于u/c1的比值。参数值u/c1是涡轮中一 个重要的参数，它决定了工作轮入口处 的工作情况。
π k = Pk / P0
③压气机转速
压气机转速是指压气机叶轮每分钟 转数，用nk表示，单位是r/min，它等于 涡轮转速nT。
④压气机效率（绝热效率） 压气机效率（绝热效率）
压气机压缩1kg空气的绝热压缩功 Lad.K与实际压缩功LK的比值，称为压气 机效率，用ηK表示，即
η K = Lad .K / LK
⑵在低工况运行时，例如在低速大扭矩运 行和带螺旋桨在低速运行时，过量空气系数不 能下降很多，以防燃烧恶化、烟度增大、受热 部件热负荷增加。
4、对增压器与柴油机匹配的 要求
⑶在柴油机变工况运行的全部范围内，增 压器压气机不发生喘振，同时运行应处处于高 效率区。
10ZJ增压器与 增压器与6135ZG柴油机的配合特性曲线 增压器与 柴油机的配合特性曲线
5、产生增压器喘振的几种 运转工况
⑴不同增压系统发生喘振的条件分 析： ①单独增压系统喘振条件 ②串联增压系统喘振条件 ③并联增压系统喘振条件
单独增压系统工作线图
串联增压系统工作线
并联增压系统工作线
5、产生增压器喘振的几种 运转工况
⑵气流通道堵塞 ⑶环境温度过高 ⑷突卸或突增负荷 ⑸主机超负荷运转 ⑹脉冲增压柴油机一缸熄火或各缸负荷 严重不均
第三节
废气涡轮增压系统和涡 轮增压器
一、柴油机的增压系统 二、两种废气涡轮增压系统 三、废气涡轮增压器的分类和结构 四、增压器与柴油机的配合
三、废气涡轮增压器的分类及型号
⑴ VTR型涡轮增压器 ⑵ 50DP涡轮增压器结构 ⑶ 10ZJ涡轮增压器结构
⑴ VTR型涡轮增压器 型涡轮增压器
VTR型涡轮增压器是在船用柴油机中应 用广泛的一种增压器。它主要由轴流式涡轮机、 离心式压气机、转子轴及其轴承、油气密封装 置、涡轮进排气壳、压气机进排气壳、润滑与 冷却等部分组成，轴承采用外置式。轴承润滑 采用由转子轴驱动的润滑油泵来提供封闭式压 力润滑。
⑴在标定工况下，必须达到柴油机预期的 增压压力和空气流量，使柴油机有足够的空气 量进行扫气和燃烧，保证柴油机有预期的燃油 消耗率、最高爆发压力、排气温度和烟度等， 同时要使受热零部件的热负荷在允许范围内。 涡轮增压器在标定工况下不超过其设计转速， 并在最高效率点运行。
4、对增压器与柴油机匹配的 要求
压气机流量特性
3、离心式压气机的通流特性
⑶离心式压气机的喘振 压气机产生喘振的原因，是由于流量 过小时，在叶片扩压器和叶轮进口产生强 烈的气流分离引起的。
在一定转速、 在一定转速、不同流量下叶片前缘的空气流动情况
在一定转速、 在一定转速、不同流量下叶片扩压器的空气流动情况
4、对增压器与柴油机匹配的 要求
三、增压器损坏后的应急处理
在航行中增压器损坏又不能及时修复， 只好采取应急措施把损坏的增压器停掉， 让柴油机继续运行。采取应急措施后，既 要保证增压器不会进一步损坏，又要使柴 油机排气温度不超过规定的数值。
第五节 废气涡轮增压柴油机 的特点
一、柴油机零部件结构及工作参数的 改变情况 二、柴油机特性指标的变化情况
④压气机效率（绝热效率） 压气机效率（绝热效率）
ηK的物理意义是：消耗在驱动压气 机的功有多少转变为有用的压缩功，以 此来表明压气机通流部分设计的完善程 度。
3、离心式压气机的通流特性
⑵压气机的通流特性 压气机的通流特性是指在一定环境条 件下，在某一转速nK时，增压比πK和效率 ηK随流量GK而变化的关系曲线。