涡轮增压器与燃气发动机的匹配及主要增压参数的计算
废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究
废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究随着工业发展的不断深入，涡轮增压技术的应用在发动机的领域中日益重要，特别是在柴油发动机中。
涡轮增压可以提高发动机的动力和效率，使发动机可以在较低的温度和气压条件下运行，减少污染物的排放。
特别是在使用涡轮增压的柴油发动机中，匹配发动机和涡轮增压的性能是很重要的。
本文旨在通过理论计算探讨废气涡轮增压及发动机匹配的理论计算研究。
涡轮增压技术最常用的是柴油发动机，它们均采用通用的方法，即使用增压器将空气压缩到一定的比例，以提高气体的温度和压力，从而提高发动机的压燃比。
增压器是通过旋转叶片抽送空气的设备，通常涡轮增压器可分为两类：固定增压器和变动增压器。
固定增压器可以根据发动机的不同额定负荷下的不同转速，空气入口前压力保持相对稳定，而变动增压器可以根据发动机的负荷及运行转速调节入口前压力，以满足不同工况下发动机的需要。
在相同工况下，涡轮增压器的负荷调节范围通常比固定增压器小得多，使发动机的特性更稳定。
涡轮增压器的设计具有若干特征，如压气机的排量、增压比、转子形状和材料等，这些特征是影响涡轮增压器性能的主要因素，涡轮增压器的性能受其影响，这也是决定涡轮增压器与发动机性能匹配的关键。
涡轮增压及发动机相互匹配设计，是一种基于发动机参数、系统参数、变量参数等进行计算的一种方法。
设计发动机涡轮增压系统时，首先要考虑增压器(涡轮增压器)与发动机之间的刚度匹配，以保证涡轮增压器的转速能满足发动机的转速要求，并且能够有效地调节涡轮增压器的转速、压缩比等参数，使发动机的性能得到改善。
涡轮增压系统的涡轮和发动机的转速有一定的相关性，如果涡轮转速太低或太高，就会使发动机的性能受到影响，发动机的整体性能因此受到影响，涡轮转速过高会使发动机运行时出现过载现象，并降低发动机的燃油效率与动力性；涡轮转速过低会导致发动机怠速下的燃油效率不高，而且发动机全过程的动力性也会下降。
另外，涡轮增压系统中的压气机压力比也与发动机的性能有关，正常的涡轮增压系统中，压气机压力比一般为2~2.2，当压气机压力比太低或太高时，都会对发动机的性能产生负面影响，当压气机压力比过高时，会使发动机在某些工况出现过载情况，燃油效率也会稍低，而当压力比过低时，发动机性能就会受到影响，全过程分配率也会降低。
天雁-涡轮增压匹配与控制
为达到上述要求，出现了多种增压方式，除了普通废气涡轮增压外还有： 1） 旁通放气； 2） 可变几何涡轮增压器； 3） 超高增压：本质上，是一种发动机与燃气轮机并联工作的系统； 4） 顺序增压； 5） 两级增压； 6） 复合增压（涡轮增压+机械增压）； 7） 脉冲转换器及 MPC； 8） 气波增压； 9） 可变压缩机的发动机； 10）米勒系统：（低温增压方式——下止点前终止进气（进气门提前关闭；排气门提前关闭 角自动调节，使发动机的实际压缩比随负荷变动），使空气在气缸中膨胀以获得进一步冷却， 即：米勒增压系统的特点是增压空气的外部中冷与缸内冷却相结合，实现了可变压缩比与 不变的膨胀比，从而获得了良好的效果。
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脉冲增压所利用 的排气能量
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-6 脉冲涡轮增压内燃机热力循环图 为不使气流损失，支管的截面大致等于一个气缸盖排气道出口的截面积。对于四冲程内燃机， 排气门一般在下止点前 40°～70°CA 打开，而在上止点后 40°～60°CA 关闭。排气门的开启延 续角为 260°～310°CA。从理论上分析，排气间隔应是第一个气缸的排气门关闭以后第二个气缸 的排气门才开。四冲程内燃机的排气间隔只要 240°CA，二冲程内燃机的排气间隔角只要 120° CA 就足够了。根据上面推算，四冲程内燃机一侧的气缸数是 3 的倍数，如 6L，9L，12V，18V 等 内燃机则可用三个气缸公用一根脉冲排气支管与脉冲涡轮相连，对 8L，16V 等内燃机采用对称的 两个缸共用一根脉冲排气支管。四缸公用一根脉冲排气支管不存在排气空程。在两级增压时这种 排气方式常用于第一级增压的脉冲排气支管上。图 1-9 脉冲涡轮增压时废气在流动中的特征参数。 （3）涡轮增压中冷内燃机热力循环 涡轮增压中冷内燃机循环是在涡轮增压内燃机循环的基础上将压气机出口进入内燃机进气管 的空气预先进行冷却，即空气从状态 1’→3 变为 1→2，冷却带走的热量为 Q，以增加进入气缸 内的空气充量，降低循环温度，特别是降低燃气的最高温度，有利于抑制、减少 NOX 的有害排放。 图 1-7 为涡轮增压中冷内燃机热力循环
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
涡轮增压技术及算法详解
涡轮增压技术103这篇文章涉及较多的涡轮技术，包括描述压缩机的部分特性曲线图、计算发动机的增压比和空气质量流量，怎样在特性曲线图上绘制点来帮助你选择合适的涡轮增压器。
把你的计算器放在手边吧。
一压缩机部分特性曲线图[1]压缩机特性曲线图是详细描述压缩机压缩效率、空气质量流量范围、增压性能和涡轮转速等性能特性的一种图表。
下面展示的是一幅典型的压气机特性曲线图：[2]增压比增压比（）被定义为出口处绝对压力除以进口处绝对压力注：=增压比、P2c=压气机出口绝对压力、P1c=压气机入口绝对压力[3]在压气机入口和出口处使用绝对压力为计量单位非常有必要，一定要记住绝对压力的基础是14.7磅/平方英寸（在这个单位下“a”代表绝对压力）这被称为标准大气压力和标准情况。
[4]表压即计示压力（在计量单位为磅/平方英寸下“g”代表表压力）测量的是超过大气压力的大小，所以表压力在大气压力下应该显示为“0”。
增压表测量的岐管压力是相对于大气压力的，这就是表压力。
这对于决定压缩机出口处的压力是非常重要的。
比如说增压表上读出的12磅/平方英寸意味着进气歧管的压力高于标准大气压力12磅/平方英寸。
即：歧管压力26.7磅/平方英寸=12磅/平方英寸（表压力）+14.7磅/平方英寸（标准大气压力）[5]这个条件下的增压比就能计算了：（26.7磅/平方英寸[绝对压力]）/14.7磅/平方英寸（标准大气压力）=1.82[6]然而这是在假定压气机入口处没有空气滤清器影响的情况下[7]在决定增压比的时候，压气机入口处的绝对压力时常比环境压力小，特别是在高负荷时。
为什么会这样呢？因为任何对空气的阻碍（这其中就包括空滤器管道的限制）都会对进气造成压力损耗，在决定增压比时，压气机上游的损耗都需要被计算。
这种压力损耗在某些进气系统上可能达到或超过1磅/平方英寸的表显压力。
在这种情况下压气机入口处压力应该如下取值：压气机入口绝对压力=14.7psia – 1psig = 13.7psia[8]带入最新的入口处压力进行增压比计算应该是下面这样(12 psig + 14.7 psia) / 13.7 psia = 1.95.[9]以上计算方法很好，但是如果你不是在标准大气压下呢？在这种情况下，在计算工式中简单地用真实的大气压力替代标准大气压力14.7psi能够使计算更精确。
废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究
废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究废气涡轮增压是一种利用发动机废气能量来提高发动机进气压力和排气量的技术。
它通过在发动机排气系统中增加一个涡轮增压器，将废气能量转化为机械能，驱动涡轮增压器的涡轮，使其旋转并带动压气机，将大量的空气压缩后送入发动机，提高了空气密度和进气压力，从而增加了发动机的输出功率和扭矩。
废气涡轮增压器与发动机之间的匹配是提高发动机性能和效率的关键。
好的匹配能够确保涡轮增压器和发动机的最优工作状态，最大限度地提高增压效果和发动机的输出性能。
因此，进行废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究非常重要。
首先，需要进行发动机的性能参数测量和数据分析，包括发动机的排气量、气缸数、气缸直径和冲程等。
这些参数将决定涡轮增压器的尺寸和特性，以及增压器的选择范围。
其次，需要确定涡轮增压器的性能参数，包括涡轮增压器的压气机和涡轮的尺寸、叶片数目、进出口面积等。
这些参数将决定涡轮增压器的增压效果和压气机的压缩效率，从而影响发动机的输出性能。
接下来，需要进行涡轮增压器与发动机的匹配计算。
这包括气缸压力比、进气温度和进气流量等的计算，以确定涡轮增压器的选型和工作工况。
基于涡轮增压器的性能参数和发动机的性能需求，可以通过计算模型和实验数据，确定最佳的涡轮增压器尺寸和特性。
最后，还需要进行增压系统的流动仿真和热力学分析，以评估涡轮增压器的增压效率和热力学性能。
这些分析可以提供理论基础和实验指导，优化涡轮增压器和发动机的匹配，进一步提高发动机的性能和效率。
总之，废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究是一项复杂而重要的工作。
它能够为涡轮增压器和发动机的设计优化提供理论指导和技术支持，为发动机性能的提升和排放的减少作出贡献。
发动机与涡轮增压器的匹配
时，压气机的工作区域绝
大部分其绝热效率高于65%。
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发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(2)
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有时为达到特殊的
目的，也会对上述
原则进行调整。
左图所示为照顾低
速性能的匹配方法。
需要确定
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发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(3)
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一般很少将发动机耗气特
---(2)
随着发动机转速的增加，空气流速随着增加，而涡轮
增压器的涡轮有效流通面积几乎保持不变，所以涡轮
的进气压力将上升，涡轮功增加，增压器转速增加，
压气机的出口压力也随着增加了。这样一来，发动机
的等负荷线将不处于压气机特性曲线图中的水平位置，
而是随着发动机转速的提高而向上倾斜。
类似的道理等转速线向右倾斜。
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增压中冷
---(4)
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对于车用发动机来说，
一般采用空-空中冷器，
这种系统结构简单可靠，
冷却介质温度较低，流
量大，冷却效果很好。
左图为空空中冷器的结
构。
在有些系统中不便于利
用空-空中冷的，也有
利用水作为冷却介质的。
如船用发动机。
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增压中冷
---(5)
曲线毫无影响；反之亦然。压气机或者涡轮特性曲线
形状的改变，彼此都会影响它们与发动机共同工作时
的匹配区域。
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增压中冷
---(1)
涡轮增压器与发动机匹配介绍
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
8v四脉冲比双脉冲油耗率高5g/kWh，排气温度高 30℃，功率低130kW
双脉涡轮断叶片（70h左右）
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）。
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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。
求。如图（9）
图（9） 涡轮有足够的流通能力，即合适的喷咀环面积或涡壳流通面转及和压气机的能量
平衡。即涡轮提供的功率不能太大，以致使压气机超速和流量过大，易造成喘振； 也不能提供能量过小，以致使压气机流量不足，满足不了要求。
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，
计几种机型为5.32-5.8kg/psh 根据计算：（己知压比）
目前在匹配时有两种作法： 低压比大流量，用在对排放、爆压、排温要求高，体积、加
速性要求不太高情况。 高压比小流量，用在对排放、爆压、排温要求不太高，体积、
加速性要求高情况。
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（5）从进排气压力稳态参数分析扫气效果衡 量，看进排气压力曲线交叉点位置。如图（4）
下，空气流量大，压气机后气温低 不同用途的柴油机要求压气机效率曲线形状不同。 按负荷特性、推进特性工作的柴油机，希望效率曲
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。
某款发动机涡轮增压器选型与匹配
- 55 -工 业 技 术０ 引言涡轮增压器技术是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段。
增压发动机在减小排量的情况下通过提升进气压力能够使相同排量的发动机动力性能提升，同时增压发动机的燃油经济性与自然吸气的发动机相比有所提升。
根据整车车型动力性、经济性的目标要求，该文设计开发了节能高效的涡轮增压发动机。
１ 发动机匹配目标的确定影响增压发动机性能的设计开发内容包括控制系统的标定、进气歧管总成及排气歧管总成的走向、整车进气系统压降和排气系统背压等，但是涡轮增压器的匹配是否优良是最为关键的[1]。
涡轮增压器的匹配结果直接影响燃油经济性和发动机的动力性能（功率、扭矩）。
增压器的匹配内容主要包括方案匹配和性能匹配。
１．１ 发动机设计目标１．１．１ 发动机设计目标参数确定根据整车目标的确定，要求发动机有很好的低速扭矩和中速中负荷的燃油经济性[2]。
具体设计开发的技术目标参数见表1。
１．１．２ 确定压缩比该款发动机为汽油发动机，发动机和涡轮增压器匹配的关键主要避免爆震的产生，所以要控制好发动机排气温度、进气压力、增压器转速范围。
由于增压后排温易升高，所以增压发动机的压缩比要比自然吸气发动机的低，保证燃烧稳定性。
通过对比研究最后确定为压缩比为9∶1。
１．１．３ 确定中冷技术由于增加发动机提升了进气的压力，导致进气温度的升高，为了保证燃烧的稳定性，必须采用冷却系统将进气温度降下来，同时对发动机的动力性、经济性均有提高，经过研究确定采用空对空中冷器冷却增压后的空气温度。
１．１．４ 确定涡轮机的叶片大小涡轮机的大小直接影响了整车的使用性能，影响发动机随油门提升扭矩的 响应速度，由于小涡轮质量轻，低速响应性较好，但这可能要损失高速段的动力性。
通过对于匹配目标的研究确定选择小涡轮增压器进行匹配。
２ 涡轮增压器匹配方案确定２．１ 涡轮增压器匹配方案选择为了保证涡轮增压器匹配的合理性，确定了3款涡轮增压器进行匹配选择，并统一进行编号，具体方案见表2。
涡轮增压器与发动机的匹配与调整
涡轮增压器与发动机的匹配与调整1、涡轮增压器与发动机的匹配概述总的来说，发动机与增压器的匹配有三个⽅⾯，即发动机与压⽓机匹配、发动机与涡轮的匹配和压⽓机与涡轮的匹配。
细分的话，应该包括：增压器的压⽓机、增压器的废⽓涡轮、发动机的排⽓管系统、发动机的进⽓系统、中冷器、空⽓滤清器、消⾳器、进排⽓配⽓相位、运转⼯况参数、环境参数等。
2、发动机对压⽓机的要求a、发动机对压⽓机的要求：1）、压⽓机不但要求达到预定的压⽐，⽽且要具有⾼的效率。
即压⽓机效率越⾼，在同⼀增压压⼒时，空⽓温度越低，从⽽得到的增压空⽓的密度就越⾼，增压效果就越好。
2）、不同⽤途的发动机对压⽓机特性的要求也不同。
对于发电⽤的固定式发动机及按螺旋桨特性⼯作的船⽤发动机⼀般的压⽓机特性均能满⾜要求，⽽车⽤发动机由于转速范围宽⼴，故就要求相应的压⽓机特性具有宽⼴的流量范围，⽽且要有较宽的⾼效区。
怎样评价发动机与压⽓机的匹配：1）、需要经试验得出的压⽓机特性曲线，同时要有发动机各转速下耗⽓特性曲线，将发动机的耗⽓特性曲线与压⽓机的特性曲线相叠合就可以看出匹配情况。
2）、发动机的特性曲线应穿过压⽓机的⾼效区，⽽且最好使发动机的运⾏线与压⽓机的⾼效率的等效率圈相平⾏。
对于车⽤发动机，则要求最⼤扭矩点正好位于压⽓机最⾼效率区附近。
如果发动机运⾏线整个位于压⽓机特性右侧，则表明所选的压⽓机流量偏⼩，使联合⼯作时压⽓机处于低效区⼯作，在这种情况下就要重选较⼤型号的增压器，或加⼤压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向右移动。
如果向反，发动机运⾏线整个偏于压⽓机特性左侧，则⼀⽅⾯发动机低转速时压⽓机效率降低，同时有可能出现喘振。
在这种情况下就要重选择较⼩型号的增压器或减⼩压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向左移动。
3）、发动机的⽓耗特性线离开压⽓机喘振线有⼀定的距离。
否则如发动机耗⽓特性曲线离喘振线太近或甚⾄与之相交的话，在联合⼯作时就可能出现喘振。
⼀般，要求发动机低转速的耗⽓特性曲线离开压⽓机喘振线的距离也即所谓的喘振裕度约为10%Gcmin（喘振流量）。
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测涡轮增压汽油机是一种采用涡轮增压器提高气缸进气压力的汽油机。
它具有高功率、高扭矩、低油耗、低废气排放等优点，因此广泛应用于高性能汽车、赛车以及航空航天领域。
涡轮增压汽油机的匹配计算是设计高性能发动机的关键之一，本文将探讨涡轮增压汽油机的匹配计算及性能预测。
涡轮增压汽油机的匹配计算可分为三个步骤：参数选择、涡轮增压器匹配和喷油器匹配。
第一步骤是参数选择，需要确定涡轮增压汽油机的基本参数，包括气缸数、缸径、行程、压缩比、气门数量和排量等。
这些参数将直接影响发动机性能及涡轮增压器选择。
第二步骤是涡轮增压器匹配，需要根据发动机参数选择合适的涡轮增压器。
涡轮增压器的主要参数包括压缩比、进出口直径、转子直径和转速等。
选取合适的涡轮增压器可使发动机性能得到最大化，同时也需要考虑选用涡轮增压器的成本、重量和可靠性等因素。
第三步骤是喷油器匹配，需要根据发动机的最大输出功率和最大输出扭矩来计算出所需的燃油量和喷油器喷油量。
喷油器的选择需要考虑油品质量、喷雾效果、喷油形状和喷油压力等参数，以确保发动机能够稳定运行。
涡轮增压汽油机的性能预测主要涉及功率、扭矩、燃油消耗量、废气排放量等方面的预测。
常用方法包括流动模拟计算和试验验证两种。
流动模拟计算主要采用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件，计算出涡轮增压器、进气道和排气道等部位流场分布、压力分布和温度分布等参数，进而预测出发动机的性能参数。
试验验证则是采用实验方法测量涡轮增压汽油机的关键性能参数，包括功率、扭矩、燃油消耗量、废气排放量等。
试验流程繁琐，成本较高，但是结果更加精确可靠。
总之，涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测是设计高性能发动机必不可少的环节。
通过合理选取涡轮增压器、喷油器等部件并结合合适的流动模拟计算和试验验证方法可提高发动机性能，同时也能降低成本和优化设计。
另外，涡轮增压汽油机在匹配计算和性能预测过程中，还需要考虑一些限制因素，如冷却、机油供应、噪声和振动等。
涡轮增压汽油机的数值计算及配气正时优化
陈东（1988-），男，硕士研究生；研究方向：发动机小型化。
E-mail:**************涡轮增压汽油机的数值计算及配气正时优化陈东1，卫海桥1，潘明章1, 李金印2（1天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072）(2重庆小康工业集团股份有限公司,重庆 404100）摘要：本文采用AVL BOOST 软件建立了雷诺E6单缸汽油机的模型，通过实验数据与计算数据的对比分析，证明了原机模型的可靠性。
然后在原机模型基础上加装了涡轮增压器，对增压后模型进行了数值计算，结果表明加装了涡轮增压器的单缸机动力性得到大幅提升，经济性有所改善，但排气温度有所升。
最后，对增压后的单缸机进行了配气正时优化，并得出最佳优化方案。
关键字：汽油机；涡轮增压；配气正时目前发动机仍主要依靠石油类燃料，而日益严重的石油资源的短缺问题和燃烧带来的大气污染和温室效应问题已经成为全球性问题。
汽车发动机小型化是目前最有前途的用来改善燃油经济性、满足CO2排放法规是最有前途的方法之一。
发动机小型化是发动机通过应用先进技术在不增加气缸容积前提下，提高发动机的功率、扭矩和效率，降低油耗。
【1-4】而涡轮增压技术则是实现发动机小型化的一种途径。
通过引入涡轮增压器，汽车制造商可以提供较小排量的汽油机。
与现有的同类产品相比，这种发动机的性能持平或更高，而油耗量较低；加上车辆净质量的减轻，可减少汽车的碳排放量。
根据对欧洲200 种汽油车的调查，相同功率的发动机，增压发动机的排量可以比自然吸气式的排量减小18 %～35 %，燃油经济性可以提高10 %左右[5-10]。
本文采用实验和模拟研究相结合的方法，验证了涡轮增压对于汽油机性能的提升，并且通过数值计算对增压后的汽油机进行了配气正时优化，得出了较优方案。
1.原机模型建立与分析1.1 原机模型的建立本文研究的试验样机为雷诺公司在70年代末生产的可变参数较多的限量生产的雷诺E6可变压缩比试验样机，由于它持有自身独特多项可变结构参数特点，国外现在还有很多高校对此进行改装实验研究。
涡轮增压器与燃气发动机的匹配及主要增压参数的计算
废气能量 ， 有利于发动机经济性能得到提高； 另一方 面增加了进气密度 ， 使充满气缸的空气 或者混合气 体的气量得 到了提高 ， 利于发动 机功率 的提升。 有 因此 对燃 气发 动 机增压 器 的适 当 匹配可 以使 发 动机 的功率 、 经济 性等 各项 性 能指标 得 到 明显 的提 高 。
２０ 年第 ６期（ ０８ 总第 １８ ） ０期
内燃 机与动力装置
ＩＣ Ｅ＆Ｐｗ ｒｌ ｔ ．． ｏｅ ａ ｐｎ
２０ ０８年 １ ０月
【 设计研究 】
涡轮增压器 与燃气发 动机的 匹配及主要增压参数的计算
苏 展 望 ， 志伟 ， 军 良 ， 庞 郭 徐树 伟 （ 利 油 田胜 利 动 力机 械 有 限公 司 ， 东 东营 胜 山 ２７３ ） ５０２
ｔｒ ｏ ｈ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｅｅ ｓ ｅ ｉｌｙ．Ｔｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｏ ｕ ｅ ｎ ｃ ｌｕ ａｉｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｆ ｍａｎ ｕ ｂ ｃ ａ ｇ ｒｈ ｓ ｏ ｂ ｏ ｓｄ ｒｄ ｅ ｐ ｃａｌ ｉ ｒｉ ｅ ｆｃ ｓ ｓ ｏ ａｃ ｌｔ ｃ ｏ ｎ ｌ ｓｓ ｉ ｎ ｏ
引 言
内燃机 涡 轮增压 是 利用 发动 机排 出 的废气 的能 量驱 动涡轮 ， 由涡轮 带 动 离 心 式 压 气 机 对 空气 或 再 者 混合 气体进 行 增 压 ， 方 面 回收 了发 动 机 一部 分 一
达 到预定 增压 发 动 机 各项 性 能指 标 ， 必 须 正 确 确 就 定燃 气 发动机 的增 压 参数 ， 为 它是 设 计 或 选 择增 因 压器 的依据 。对 于 预 混 合后 增 压 燃 气 发 动 机来 说 ， 增 压参 数 主要有 ：１增 压燃 气发 动机 所需 混合 气体 （） 容积 流量 或 质 量 流 量 Ｇ ；２ 增压 压 力 Ｐ 。（ ） 。或压 比 丌 ；３涡 轮前 废 气 平均 温 度 。 以下论 述 是假 （）
增压匹配计算
一、 涡轮增压与内燃机的匹配1、 充入气缸的空气流量 c h n zV q V a φτ260= ()s m /3（1） 式中：z —与一台压气机相连的气缸数；c φ—充气系数，四冲程柴油机（0.85~1）。
充入气缸的空气量必须是内燃机在发出指定功率时，燃料完全燃烧所需空气量。
因此，可根据燃油消耗量mf q 计算充气流量ma q 。
()()[]h kw g H be h kg P b q e e e mf ⋅⨯==ημ6106.3,/100010003600360000⨯==L P b L q q a e e a mf ma φφ ()s kg / （2） 310360030⨯==τφρc h a e e Va ma a n zV L P b q q ()3/m kg （3） 将功率)(30103kw n zV p Pe h me τ⨯=代入（3）式则 ()30/3600m kg L b p c a e me a ⨯=φφρ （4） ()a aa a Mp RT p 610ρ=()a c a a e me a Mp RT L b p p 801036⨯⨯=φφ （5）以上公式使内燃机性能指标与空气流量及其压力与温度等联系起来。
但ma q 、a p 还不能作为压气机气动计算的依据。
还要考虑扫气。
总供气量)/(103650s kg b P L q q ee a s ma s mc ⨯==φϕϕ （6） 总供气量()s m n zV q q c hs Va s Vc /303τφϕϕ== （7） ma msma s q q q +=ϕ对四冲程柴油机1.1~1.4由于进气管道与中冷器阻力的影响，压气机所提供的空气压力c p 应高于气缸内的空气压力a p 。
)(a mc en a c Mp p p p p ++=管道阻力损失p en 小于或等于a p 210471.1⨯；中冷器的阻力p mc 小于或等于a p 310433.3⨯。
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。
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涡轮增压器 与发动机匹配介绍
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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 。
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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）。
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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
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（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。
涡轮增压器与发动机匹配介绍
涡轮失速
优化涡轮增压器的叶轮设计，以提高其失速阈 值。
高温问题
采用陶瓷材料和冷却系统来降低涡轮增压器的 工作温度。
低速反应
通过优化涡轮增压器的尺寸和设计，提高其在 低速下的响应性。
结论与总结
涡轮增压器是提高发动机性能的关键部件，通过恰当的匹配和优化方法，可以达到更高的功率输出和燃油效率。
涡轮增压器与发动机匹配 介绍
涡轮增压器是一种用于提高发动机输出功率的设备，本节将介绍涡轮增压器 的基本原理及应用、不同类型的涡轮增压器、发动机与涡轮增压器的匹配原 则、匹配过程中需考虑的因素、优化匹配的方法与技巧、常见的涡轮增压器 匹配问题与解决方案，并最终得出结论和总结。
涡轮增压器的基本原理及应用
涡轮转子的惯性应与发动 机转子的惯性相匹配，以 保证快速响应和高效传动。
匹配过程中需考虑的因素
1 发动机输出需求
根据发动机所需的输出功 率、扭矩和响应性来选择 合适的涡轮增压器。
2 排放法规
考虑到排放法规，需要选 择合适的涡轮增压器来满 足排放要求。
3 结构和材料
涡轮增压器的结构和材料 要适应发动机的工作环境 和长期运行。
变动气门正时涡轮增压 器
结合了可变气门正时技术与 涡轮增压器，提供更高效率 的增压效果。
ห้องสมุดไป่ตู้
发动机与涡轮增压器的匹配原则
1 流量匹配
涡轮增压器的流量应与发 动机的进气流量相匹配， 以确保最佳性能。
2 压力比匹配
涡轮增压器的压力比应适 合发动机的压缩比，以避 免过高的排放温度和过早 的爆震。
3 惯性匹配
优化匹配的方法与技巧
计算模拟
使用流体力学模拟和计算机仿 真来优化涡轮增压器和发动机 的匹配效果。
终稿1天然气发动机与涡轮增压器的匹配试验研究
摘要天然气发动机与涡轮增压器的匹配试验研究摘要随着全球能源危机和污染加剧，对发动机的排放性能要求和燃料种类越来越高。
我国也根据自身的具体情况，逐渐对天然气发动机汽车进行研究。
天然气涡轮增压发动机是高新技术产品的代表之一，天然气具有节能、低污染的天然优势、能满足日益严格的排放法规要求，同时更是当今能源危机有效的替代品。
而涡轮增压技术能提高天然气发动机的燃烧效率，提高动力性，减少排放等。
正是由于各种排放和噪声法规的大量出台，石油资源的逐渐枯竭和人们对涡轮增压技术的更高要求，车用天然气发动机涡轮增压技术迎来了发展的黄金时期。
本文研究的是NC4JR120柴油发动机改造的天然气发动机与可变截面涡轮增压器匹配问题。
通过实验验证与NC4JR120型天然气发动机匹配的可变截面涡轮增压器的高效性与经济性。
本文以恒天动力南昌有限公司研发实验室为研究平台，然后拟定了详细的试验方案，通过实验得出详实准确的试验数据。
经过分析确定可变涡轮截面极佳的匹配效果。
本文对增压器运行出现的喘振给出了分析，并针对如何提高增压器匹配性能提出了调整建议。
关键词：天然气发动机；增压器；匹配；试验AbstractCNG Engine Matching with Turbocharger and itsExperiment AnalysisAbstractAs the global energy crisis and environment pollution aggravating, requirements for engine emission and other available fuel are needed too. Our country put a great energy in vehicle engine research gradually according to our background. CNG engine is one of the most advanced technologies, which has the qualities of energy conservation, low pollution and legal to the nowadays laws and it’s a good substitute too. At the meantime, turbocharger can improve combustion efficiency, dynamic property and lower the pollution. In the history of internal combustion engine, turbocharger technology has played an important role in increasing power to weight ratio and fuel economy. So it is called the golden age of internal combustion engine.This dissertation studies the matching problem on NC4JR120 CNG engine. Based on the experiment of matching, the type of turbocharger is finally determined. Platform provided by HengTian engine Cor. before doing the experiment, some calculations about the experiment have been done. Two turbocharger types are prepared before the experiment. Then a detail experiment plan is carried out. The paper analyses the experiment data and make clear that VNT turbocharger has a better effect. The paper analyses the reason of surge phenomenon and gives some suggestions to increase the matching behavior.Key words: CNG engine; Turbocharger; Match; Experiment目录目录摘要 (I)Abstract (II)第一章前言 (1)1.1天然气发动机的优势及其分类 (1)1.1.1天然气发动机的优势 (1)1.1.2天然气发动机的分类 (2)1.2天然气发动机的增压 (3)1.2.1增压的分类 (3)1.2.2中冷技术 (3)1.3涡轮增压器发展状况 (4)1.3.1国外发展 (4)1.3.2国内发展的状况 (5)1.4选题来源及意义 (6)1.5本文的研究内容 (6)1.6本章小结 (6)第二章涡轮增压系统原理及选型 (7)2.1涡轮增压系统的原理 (7)2.1. 离心式压气机 (7)2.1.2废气涡轮 (8)2.2增压系统对发动机工作过程及性能的影响 (9)2.3 涡轮增压器模型分析 (10)2.3.1压气机模型 (10)2.3.2涡轮模型 (11)2.3.3增压器动力学模型 (11)2.3.4发动机模型 (11)2.4涡轮增压器的选型 (12)2.4.1天然气发动机简介 (12)目录2.4.2天然气发动机增压系统选型 (13)2.5本章小结 (15)第三章试验组织 (16)3.1 试验条件 (16)3.2试验方案 (16)3.3试验用主要设备、仪器 (17)3.4 数据采集 (17)3.4.1 采集手段 (17)3.4.2 试验平台简图 (18)3.5 本章小结 (18)第四章试验结果与分析 (19)4.1增压天然气发动机试验 (19)4.2天然气发动机VNT匹配规律 (19)4.3增压天然气发动机负荷特性 (20)4.4增压天然气发动机的外特性 (21)4.5 离心压气机喘振分析 (23)4.7 改进建议 (26)4.7.1增压器安装建议 (26)4.7.2日常保养和使用 (26)4.6本章小结 (27)第五章总结 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录A 外文翻译-原文部分 (31)附录B 外文翻译-译文部分 (38)附录C 试验平台图片 (43)附录D EIM0301D测控仪操作规程 (45)华东交通大学毕业设计第一章前言1.1天然气发动机的优势及其分类1.1.1天然气发动机的优势天然气在21世纪世界能源供应领域中占有中要的地位。
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测今天，随着汽油机性能以及涡轮增压技术的发展，涡轮增压汽油机是现代汽车发动机中得不可或缺的一部分。
涡轮增压技术是一种在汽油机中利用涡轮增加进气压力的技术，可以提高汽油机的功率输出和燃油经济性。
这种技术的应用也越来越普及，由于其优越的性能和应用价值，在各个行业中广泛使用。
涡轮增压汽油机的设计及应用是一个复杂的系统工程，其中包括各种因素的综合考虑，如汽油机的结构、发动机内燃机设计及燃料供应系统等。
此外，还包括合理地选择和调整涡轮增压汽油机的涡轮、增压比、增压器等参数，进而获得汽油机最佳性能。
在选择涡轮增压汽油机参数之前，首先要进行计算，以确定汽油机及其附件的最佳结构和参数。
在涡轮增压汽油机的匹配计算中，要在发动机的实际性能参数的范围内，确定涡轮增压汽油机的最佳工作条件，以保证发动机的安全性能和经济性能。
现代汽车涡轮增压汽油机通常使用模拟计算和计算机辅助分析技术，来调整和优化涡轮增压汽油机的涡轮、压气机等参数，以获得汽油机的最佳性能表现。
传统的试车方法需要花费大量的时间和精力，容易受到外界因素的影响，而模拟计算和计算机辅助分析技术不仅简单且准确，而且还能显著提高汽油机性能及提高汽油机燃油经济性。
此外，在涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测中，模型试验也能更有效地发挥作用，它可以改善汽油机的性能，增加驱动力，并降低排放。
现代汽车涡轮增压发动机试验技术具有良好的抗干扰能力，能够提高汽油机的经济性和性能。
通过实验，我们可以得到有效的汽油机参数，以提高汽油机的性能和经济效率。
总之，涡轮增压汽油机匹配计算和性能预测是汽车发动机研究的重要内容，它可以根据需求选择最佳的涡轮增压汽油机构造及参数，并对汽油机的性能进行预测。
综上所述，此项研究不仅可以提高汽油机的动力性能和经济性，而且可以为汽车行业及相关行业提供科学、可靠的数据和信息。