增压器与内燃机的匹配
合集下载
- 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)。
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
令 vs k给气比
0、9 (气门叠开角0-30CA)
6
匹配方法
Step 2-3, 计算方法 (选择压气机)
计算步骤
选定工况点
– 一般用最常用工况点,如发动机70%和100%额 定转速最大负荷点
1. 根据增压度要求,计算目标 平均有效压力pe
λ＝Ne/Ne0;pe=120Ne/(iVhn)
3. 根据pe和gk/ k,查图得到 pk/p0
2. 选取千瓦时空气消耗量gk 及k,计算gk/ k
Tk＝T0(Y＋1)
5. (求中冷后得温度Tk’和 压力pk’)
Tk' 1c Tk cTw
pk' pk p p0
pk p p0
22
6. (求冷却后得折合流量)
Gk
p0 1*105
293 T0 Gnp
Gk Tk' 293
pk'
1*105
Tk' T0
pk pk'
p0 pk
Gnp
7. 在涡轮机侧:
200026-05
Air / Air Intercooler
高压EGR(柴油机)
Air filter
Air flow meter
Modulated EGR-Rate control valve
Intake manifold
Engine
Venturi
Exhaust manifold
EGR cooler EGR valve
• 面积减小将增大排气能量, 同时增大排气阻力。因为 功率平衡,压气机得增压压 力将增大,从而使联合运行 线左移。
• 减小喷嘴环截面积就是提 高效率和增压压力得最有 效方法。
33
综合实验,Zinner图
流密
• 排温过高怎么办？
• 增压压力不足怎么 办？
• 喷射定时改变时,增 压压力会如何改变？
变压 34
Check valve (optional)
NOx sensor
Particulate trap
p sensor
35
低压EGR(柴油机)
200026-06
Air / Air Intercooler
Air filter
Intake manifold
Engine
Exhaust manifold
EGR valve
联合运行线
外特性
•反映了匹配运行时得综合情况,可 用来判断匹配就是否合适
19
联合运行线计算过程概览
• 平衡条件 1. 功率平衡 Nk = NT
Y GT C pT TT X GK C pk T0
k ' 1
X
1
p0' pT
k'
Tm
k 1
Y
pk p0
k
1
1
k
2. 流量平衡 GT = Gk + Gf 3. 转速平衡 nT ＝ nk
k 1、0 (…………50-70CA)
1、1 ( ………100-140CA)
又：V0
Gk
k
Gk
k 0
0
于是
？ iVhnk
120
Gk
k 0
0
103
• 表征4冲程柴油机每 (L / min) 分钟容积流量得参数
• 常数
12
(续)
根据气体状态方程得
？ k pk / p0
0 Tk / T0
用压气机绝热效率替换 Tk / T0 :
• 在尽可能低得排气背压下,优化发动机得低速 功率。
2
匹配工作得组织
最佳压气机 最佳涡轮机 满足高海拔要求 满足机械强度要求 满足整机密封性要求
满足客户需求 得产品
3
几个阶段
技术开发层面
产品开发层面
1、初选(压气机)
• 来自市场得开发目标
• 获得充分得发动机和 增压器信息;
• 确定从技术层面上考 虑得候选增压器
k 1
Nk
GkCpkT0
pk p0
k
1
1 k
C pk
k k 1
R0
k 1.4
k' 1
NT
GT CpTTT
1
p0' pT
k'
Tm
为变压系统中功率放大系数，
恒压时＝1,变压时 >1,一般取值1~2
k' CpT k '1 RT
k' 1
令X
1
p0' pT
k'
Tm ,
1
1
k
( pk
/
k 1
p0 ) k
1
• gk/k就是建立强化程 度和外在性能得桥梁
• 常数
15
4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间得关系做成图
16
对3个关键点得检查
依据 Gk＝10~30%Gk,选用最合适得增压器
17
求解联合运行线 (Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能)
Y
?
1
1 l0
CpT
C
pk
TT T0
X
若Y X ,则在同一nnp线上另取一点，
重复3 14步，直到对Y的相对误差
5% Y
15. 在另一个nnp线上取点B,重复314步(柴油机转速不变);
16. 重复15,得到C,D,E,……,连接这 些点就得到了柴油机在某转速下 得平衡运行线。选另一个转速, 即可得其她平衡线
大气条件p0,T0;中冷器效率 c;(中冷器冷却水得平均温 度Tw,中冷器压力损失△p;) 涡轮喷嘴环出口面积F;涡轮
出口平均直径D;发动机参数。
2. 初选增压器,得到压气机
Gnp
特性和涡轮特性 3. 在压气机特性曲线上按增
压器标定转速任取一点A, 得到Gnp,pk/p0,nnp, k,求 得Y
4. 求Tk
k 1
Y
pk p0
k
1
1 k
则Y GT CpT TT X Gk Cpk T0
2、流量平衡
GT
Gk
Gf
1
1
l0
Gk
一般1+ 1 1.0 ~ 1.03
l0
令 f GT , Gk
则 f 1.0 ~ 1.03
3、转速平衡 nT=nk
21
二、求解步骤
1. 确定已知条件
Pk/p0 A
EGR cooler
Particulate trap
NOx sensor
p sensor
36
Step 2
按压气机条件 修正流量
Step 3
在压气机特性图 上标出数据点
Step 3
基于功率平衡 计算所需得涡轮
Step 4
在涡轮机特性图 上标出数据点
Step 4
验证系统得 机械强度
Step 5
5
匹配方法概览
• 传统方法
– 手工绘制特性图 – 手工查找 – 简单计算 – 信函传送
• 新方法
– 计算机生成特性曲线图 – 计算机自动查找数据库 – 在计算平台上进行计算 – 通过email或传送数据
pe
1200 (kg / kw.h) ：标定点千瓦时功率的耗气量
4冲程水冷高速柴油机： gk 5.85 ~ 6.8，
g e较大时，g k 取大值
较大时，g k 取大值
n较大时，g k 取小值
结合 iVhnk公式，可得到
pe
gk
/ k
3.6( pk / p0 )0
24
增压器得调整与性能优化
工况范围和效率得不匹配现象
26
实验调整
• 方法
– 整体不匹配时,更换增压器(叶轮) – 需小范围调整时,可调整扩压器、喷嘴环及发
动机参数如进排气过程
27
根据压气机叶轮参数可估算新得空气流量
28
1、 压气机导流环得影响
29
压气机叶轮参数得影响
2. 压气机叶片出口角度
3、实验调整
2、计算联合 运行线
• 满足排放法规条件下: •低速动力性; •燃油经济性;
•仿真分析增压器和 •整车匹配:
发动机匹配得外特 性
•加减速响应特性 •可靠性;
定型
•产品认证; •生产一致性认证;
4
主要步骤
开始 选择压气机 选择涡轮机 机械强度校核
搜集客户数据
Step 1
计算发动机 所需得空气量
计算方法 －简单迭代
1. 在压气机特性曲线上任取 一点,得到Gk和pk
2. 根据平衡条件和发动机流 通特性曲线等条件计算出 新得平衡点(Gk’,pk’)
3. 迭代计算直到这一点平衡
4. 选取新得点重复上述步骤
5. 选5-6点得出一条联合运行 线
6. ……
20
求解平衡运行线
一、平衡条件
1、功率平衡 Nk=NT
30
扩压器参数得影响
3. 有/无叶片时得变化
31
扩压器参数得影响
4. 扩压器叶片入口角度 5. 扩压器叶片高度
•1－2, 入口角度减小,特性 曲线绕原点向左侧转动
•1－2,叶片高度减小,特性 曲线大致平行向左移动
32
喷嘴环参数得影响
6. 喷嘴环出口截面积
• 改变喷嘴环截面积不会影 响压气机特性曲线
GT AT T
pT TT
2 R
T
k'
k
'
[( 1
p0' pT
2
)k'
(
p0' pT
k' 1
) k' ]
式中，AT是涡轮的当量流通截面积；
（参看宋守信的《内燃机增压技术》
（3 2a）式
8. 根据流量平衡,可以由Gk 计算出GT,然后根据经验 数据选取初始TT,可由上 式计算出p0’/pT
9. 设排气背压p0’＝p0,得 T＝pT/p0
k 11
k
( pk / p0 ) k Tk / T 1
并把 k 带入 0
iVh nk 得：
k 11
1 ( pk / p0 ) k 1 /k
iVhnk 120 103
( pk / p0 ) 0
• Gk
13
2) 为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间得关系做成图
14
3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间得关系
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
令 vs k给气比
0、9 (气门叠开角0-30CA)
6
匹配方法
Step 2-3, 计算方法 (选择压气机)
计算步骤
选定工况点
– 一般用最常用工况点,如发动机70%和100%额 定转速最大负荷点
1. 根据增压度要求,计算目标 平均有效压力pe
λ＝Ne/Ne0;pe=120Ne/(iVhn)
3. 根据pe和gk/ k,查图得到 pk/p0
2. 选取千瓦时空气消耗量gk 及k,计算gk/ k
Tk＝T0(Y＋1)
5. (求中冷后得温度Tk’和 压力pk’)
Tk' 1c Tk cTw
pk' pk p p0
pk p p0
22
6. (求冷却后得折合流量)
Gk
p0 1*105
293 T0 Gnp
Gk Tk' 293
pk'
1*105
Tk' T0
pk pk'
p0 pk
Gnp
7. 在涡轮机侧:
200026-05
Air / Air Intercooler
高压EGR(柴油机)
Air filter
Air flow meter
Modulated EGR-Rate control valve
Intake manifold
Engine
Venturi
Exhaust manifold
EGR cooler EGR valve
• 面积减小将增大排气能量, 同时增大排气阻力。因为 功率平衡,压气机得增压压 力将增大,从而使联合运行 线左移。
• 减小喷嘴环截面积就是提 高效率和增压压力得最有 效方法。
33
综合实验,Zinner图
流密
• 排温过高怎么办？
• 增压压力不足怎么 办？
• 喷射定时改变时,增 压压力会如何改变？
变压 34
Check valve (optional)
NOx sensor
Particulate trap
p sensor
35
低压EGR(柴油机)
200026-06
Air / Air Intercooler
Air filter
Intake manifold
Engine
Exhaust manifold
EGR valve
联合运行线
外特性
•反映了匹配运行时得综合情况,可 用来判断匹配就是否合适
19
联合运行线计算过程概览
• 平衡条件 1. 功率平衡 Nk = NT
Y GT C pT TT X GK C pk T0
k ' 1
X
1
p0' pT
k'
Tm
k 1
Y
pk p0
k
1
1
k
2. 流量平衡 GT = Gk + Gf 3. 转速平衡 nT ＝ nk
k 1、0 (…………50-70CA)
1、1 ( ………100-140CA)
又：V0
Gk
k
Gk
k 0
0
于是
？ iVhnk
120
Gk
k 0
0
103
• 表征4冲程柴油机每 (L / min) 分钟容积流量得参数
• 常数
12
(续)
根据气体状态方程得
？ k pk / p0
0 Tk / T0
用压气机绝热效率替换 Tk / T0 :
• 在尽可能低得排气背压下,优化发动机得低速 功率。
2
匹配工作得组织
最佳压气机 最佳涡轮机 满足高海拔要求 满足机械强度要求 满足整机密封性要求
满足客户需求 得产品
3
几个阶段
技术开发层面
产品开发层面
1、初选(压气机)
• 来自市场得开发目标
• 获得充分得发动机和 增压器信息;
• 确定从技术层面上考 虑得候选增压器
k 1
Nk
GkCpkT0
pk p0
k
1
1 k
C pk
k k 1
R0
k 1.4
k' 1
NT
GT CpTTT
1
p0' pT
k'
Tm
为变压系统中功率放大系数，
恒压时＝1,变压时 >1,一般取值1~2
k' CpT k '1 RT
k' 1
令X
1
p0' pT
k'
Tm ,
1
1
k
( pk
/
k 1
p0 ) k
1
• gk/k就是建立强化程 度和外在性能得桥梁
• 常数
15
4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间得关系做成图
16
对3个关键点得检查
依据 Gk＝10~30%Gk,选用最合适得增压器
17
求解联合运行线 (Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能)
Y
?
1
1 l0
CpT
C
pk
TT T0
X
若Y X ,则在同一nnp线上另取一点，
重复3 14步，直到对Y的相对误差
5% Y
15. 在另一个nnp线上取点B,重复314步(柴油机转速不变);
16. 重复15,得到C,D,E,……,连接这 些点就得到了柴油机在某转速下 得平衡运行线。选另一个转速, 即可得其她平衡线
大气条件p0,T0;中冷器效率 c;(中冷器冷却水得平均温 度Tw,中冷器压力损失△p;) 涡轮喷嘴环出口面积F;涡轮
出口平均直径D;发动机参数。
2. 初选增压器,得到压气机
Gnp
特性和涡轮特性 3. 在压气机特性曲线上按增
压器标定转速任取一点A, 得到Gnp,pk/p0,nnp, k,求 得Y
4. 求Tk
k 1
Y
pk p0
k
1
1 k
则Y GT CpT TT X Gk Cpk T0
2、流量平衡
GT
Gk
Gf
1
1
l0
Gk
一般1+ 1 1.0 ~ 1.03
l0
令 f GT , Gk
则 f 1.0 ~ 1.03
3、转速平衡 nT=nk
21
二、求解步骤
1. 确定已知条件
Pk/p0 A
EGR cooler
Particulate trap
NOx sensor
p sensor
36
Step 2
按压气机条件 修正流量
Step 3
在压气机特性图 上标出数据点
Step 3
基于功率平衡 计算所需得涡轮
Step 4
在涡轮机特性图 上标出数据点
Step 4
验证系统得 机械强度
Step 5
5
匹配方法概览
• 传统方法
– 手工绘制特性图 – 手工查找 – 简单计算 – 信函传送
• 新方法
– 计算机生成特性曲线图 – 计算机自动查找数据库 – 在计算平台上进行计算 – 通过email或传送数据
pe
1200 (kg / kw.h) ：标定点千瓦时功率的耗气量
4冲程水冷高速柴油机： gk 5.85 ~ 6.8，
g e较大时，g k 取大值
较大时，g k 取大值
n较大时，g k 取小值
结合 iVhnk公式，可得到
pe
gk
/ k
3.6( pk / p0 )0
24
增压器得调整与性能优化
工况范围和效率得不匹配现象
26
实验调整
• 方法
– 整体不匹配时,更换增压器(叶轮) – 需小范围调整时,可调整扩压器、喷嘴环及发
动机参数如进排气过程
27
根据压气机叶轮参数可估算新得空气流量
28
1、 压气机导流环得影响
29
压气机叶轮参数得影响
2. 压气机叶片出口角度
3、实验调整
2、计算联合 运行线
• 满足排放法规条件下: •低速动力性; •燃油经济性;
•仿真分析增压器和 •整车匹配:
发动机匹配得外特 性
•加减速响应特性 •可靠性;
定型
•产品认证; •生产一致性认证;
4
主要步骤
开始 选择压气机 选择涡轮机 机械强度校核
搜集客户数据
Step 1
计算发动机 所需得空气量
计算方法 －简单迭代
1. 在压气机特性曲线上任取 一点,得到Gk和pk
2. 根据平衡条件和发动机流 通特性曲线等条件计算出 新得平衡点(Gk’,pk’)
3. 迭代计算直到这一点平衡
4. 选取新得点重复上述步骤
5. 选5-6点得出一条联合运行 线
6. ……
20
求解平衡运行线
一、平衡条件
1、功率平衡 Nk=NT
30
扩压器参数得影响
3. 有/无叶片时得变化
31
扩压器参数得影响
4. 扩压器叶片入口角度 5. 扩压器叶片高度
•1－2, 入口角度减小,特性 曲线绕原点向左侧转动
•1－2,叶片高度减小,特性 曲线大致平行向左移动
32
喷嘴环参数得影响
6. 喷嘴环出口截面积
• 改变喷嘴环截面积不会影 响压气机特性曲线
GT AT T
pT TT
2 R
T
k'
k
'
[( 1
p0' pT
2
)k'
(
p0' pT
k' 1
) k' ]
式中，AT是涡轮的当量流通截面积；
（参看宋守信的《内燃机增压技术》
（3 2a）式
8. 根据流量平衡,可以由Gk 计算出GT,然后根据经验 数据选取初始TT,可由上 式计算出p0’/pT
9. 设排气背压p0’＝p0,得 T＝pT/p0
k 11
k
( pk / p0 ) k Tk / T 1
并把 k 带入 0
iVh nk 得：
k 11
1 ( pk / p0 ) k 1 /k
iVhnk 120 103
( pk / p0 ) 0
• Gk
13
2) 为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间得关系做成图
14
3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间得关系