增压器与内燃机的匹配 (2)优秀课件
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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
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
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
二、求解步骤
1. 确定已知条件
Pk/p0 A
大气条件p0,T0;中冷器效率 c；(中冷器冷却水的平均温 度Tw，中冷器压力损失 △p；)涡轮喷嘴环出口面积F；
n较大时，gk取小值
结 合 iVhn k公 式 ， 可 得 到
pe
gk
/k
3.6( pk / p0 )0
1
1 k
( pk
/
k 1
p0 ) k
1
• gk/k是建立强化程度 和外在性能的桥梁
• 常数
4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图
对3个关键点的检查 依据 Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器
5. 选5-6点得出一条联合运行 线
6. ……
求解平衡运行线
一、平衡条件
1.功率平衡 Nk=NT
k 1
N
k
G kC
pkT
0
pk p0
k
1
1 k
C pk
k k 1
R0
k 1 .4
k ' 1
NT
GTC
pT TT
1
p
' 0
pT
k'
T
m
为 变 压 系 统 中 功 率 放 大 系 数 ，
求解联合运行线 （Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能）
联合运行线
外特性
•反映了匹配运行时的综合情况， 可用来判断匹配是否合适
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
G K C pk T 0
k ' 1
X
1
p
' 0
pT
k'
T
m
k 1
– 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
• 在尽可能低的排气背压下，优化发动机的低 速功率。
匹配工作的组织
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 的产品
几个阶段
技术开发层面
产品开发层面
1.初选（压气机）
• 来自市场的开发目标
增压器与内燃机的匹配
增压器与内燃机的匹配 ——应用研究
增压器的初选 联合运行线的调节 Zinner图 热负荷 机械负荷
匹配对象
优化增压器和发动机的联合工作性能
• 选择压气机，以提供燃烧所需的适量空 气，并满足：
– 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的 效率
– 高海拔裕量 – 合适的喘振边界
• 选择涡轮机，以驱动压气机，并满足：
• 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WWW传送数据
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
wk.baidu.com
Y
pk p0
k
1
1 k
2. 流量平衡 GT = Gk + Gf 3. 转速平衡 nT ＝ nk
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 新的平衡点（Gk’，pk’）
3. 迭代计算直到这一点平衡
4. 选取新的点重复上述步骤
令 vs k给气比
0.9 （气门叠开角0-30CA）
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) 分钟容积流量的参数
• 常数
（续）
根据气体状态方程得
？ k pk / p0
3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系
pe
120Ne iVhn
(MPa)
g k Gk / N e 3600 (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，
ge较大时，gk取大值
较大时，gk取大值
0 Tk / T0
用 压 气 机 绝 热 效 率 替 换 Tk / T0 :
k 11
k
( pk / p0 ) k Tk / T 1
并把 k 带入 0
iVh n k 得 ：
k 1 1
1 ( pk / p0 ) k 1 /k
iVh n k 120 103
( pk / p0 ) 0
• Gk
2) 为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成图
• 获得充分的发动机和 增压器信息；
• 确定从技术层面上考 虑的候选增压器
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：
发动机匹配的外特 性
•加减速响应特性 •可靠性；
定型
•产品认证； •生产一致性认证；
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 所需的空气量
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 计算所需的涡轮
Step 4
在涡轮机特性图 上标出数据点
Step 4
验证系统的 机械强度
Step 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
恒 压 时 ＝ 1,变 压 时 >1,一 般 取 值 1~2
C pT
k' k ' 1
RT
k ' 1
令
X
1
p
' 0
pT
k'
T
m
,
Y
pk p0
k 1 k
1
1 k
则 Y G T C pT TT X G k C pk T 0
2.流量平衡
GT
Gk
Gf
1
1 l0
Gk
5. 查图得到Gk
6. 在压气机特性曲线上标出 点（Gk，pk/p0)
依据 Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器
计算公式的推导： 1) 建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间的关系
体积流量 V0＝iV2hn6v0s 103
m3/s
i:缸数；Vh工作容积（L）；n:标定点转速；s：扫气系数
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
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
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
二、求解步骤
1. 确定已知条件
Pk/p0 A
大气条件p0,T0;中冷器效率 c；(中冷器冷却水的平均温 度Tw，中冷器压力损失 △p；)涡轮喷嘴环出口面积F；
n较大时，gk取小值
结 合 iVhn k公 式 ， 可 得 到
pe
gk
/k
3.6( pk / p0 )0
1
1 k
( pk
/
k 1
p0 ) k
1
• gk/k是建立强化程度 和外在性能的桥梁
• 常数
4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/k间的关系做成图
对3个关键点的检查 依据 Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器
5. 选5-6点得出一条联合运行 线
6. ……
求解平衡运行线
一、平衡条件
1.功率平衡 Nk=NT
k 1
N
k
G kC
pkT
0
pk p0
k
1
1 k
C pk
k k 1
R0
k 1 .4
k ' 1
NT
GTC
pT TT
1
p
' 0
pT
k'
T
m
为 变 压 系 统 中 功 率 放 大 系 数 ，
求解联合运行线 （Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能）
联合运行线
外特性
•反映了匹配运行时的综合情况， 可用来判断匹配是否合适
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
G K C pk T 0
k ' 1
X
1
p
' 0
pT
k'
T
m
k 1
– 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
• 在尽可能低的排气背压下，优化发动机的低 速功率。
匹配工作的组织
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 的产品
几个阶段
技术开发层面
产品开发层面
1.初选（压气机）
• 来自市场的开发目标
增压器与内燃机的匹配
增压器与内燃机的匹配 ——应用研究
增压器的初选 联合运行线的调节 Zinner图 热负荷 机械负荷
匹配对象
优化增压器和发动机的联合工作性能
• 选择压气机，以提供燃烧所需的适量空 气，并满足：
– 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的 效率
– 高海拔裕量 – 合适的喘振边界
• 选择涡轮机，以驱动压气机，并满足：
• 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WWW传送数据
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
wk.baidu.com
Y
pk p0
k
1
1 k
2. 流量平衡 GT = Gk + Gf 3. 转速平衡 nT ＝ nk
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 新的平衡点（Gk’，pk’）
3. 迭代计算直到这一点平衡
4. 选取新的点重复上述步骤
令 vs k给气比
0.9 （气门叠开角0-30CA）
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) 分钟容积流量的参数
• 常数
（续）
根据气体状态方程得
？ k pk / p0
3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系
pe
120Ne iVhn
(MPa)
g k Gk / N e 3600 (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，
ge较大时，gk取大值
较大时，gk取大值
0 Tk / T0
用 压 气 机 绝 热 效 率 替 换 Tk / T0 :
k 11
k
( pk / p0 ) k Tk / T 1
并把 k 带入 0
iVh n k 得 ：
k 1 1
1 ( pk / p0 ) k 1 /k
iVh n k 120 103
( pk / p0 ) 0
• Gk
2) 为方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk间的关系做成图
• 获得充分的发动机和 增压器信息；
• 确定从技术层面上考 虑的候选增压器
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：
发动机匹配的外特 性
•加减速响应特性 •可靠性；
定型
•产品认证； •生产一致性认证；
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 所需的空气量
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 计算所需的涡轮
Step 4
在涡轮机特性图 上标出数据点
Step 4
验证系统的 机械强度
Step 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
恒 压 时 ＝ 1,变 压 时 >1,一 般 取 值 1~2
C pT
k' k ' 1
RT
k ' 1
令
X
1
p
' 0
pT
k'
T
m
,
Y
pk p0
k 1 k
1
1 k
则 Y G T C pT TT X G k C pk T 0
2.流量平衡
GT
Gk
Gf
1
1 l0
Gk
5. 查图得到Gk
6. 在压气机特性曲线上标出 点（Gk，pk/p0)
依据 Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器
计算公式的推导： 1) 建立增压后标定点空气量Gk和压比pk/p0间的关系
体积流量 V0＝iV2hn6v0s 103
m3/s
i:缸数；Vh工作容积（L）；n:标定点转速；s：扫气系数