发动机与涡轮增压器的匹配
第8章 柴油机与涡轮增压器的匹配-2013
NT NK
mTCpT (TT T0)Tm' K mkCpKT kT 1
RTT
(1
T0 TT
)Tm' K
mk
k
k 1
RT0
(TK T0
1)
mT
kT kT 1
RTTT
[1
(
p0' pT
kT 1
) kT ]Tm' K
mk
k
k 1
曲线2是柴油机最低转速运行线。这时废气能量 很小，所以πk和mk都较小。Pe受到排气冒烟极限的限制 ，而且pe↑→运行线愈接近喘振线，此时应防止其穿过 喘振线而落入不稳定工作区。
曲线3是柴油机外特性线。这时保持喷油量为最大 值，随着n↓→mT↓→πk、pk↓；增压器流量随发动机转 速下降快速下降，但这时循环供油量仍保持最大值，故排 温TT较高→nTk和pk下降相对地较缓慢，此时运行线易穿过 喘振线。
三、增压参数的初步确定（图表法）
功率平衡:
mk
k k 1 RT0
k 1
k k
1
mTm
kT kT
1
RT
TTm
1
pT0 pTm
kT 1 kT
T
'
mk
式中，β——脉冲涡轮功率放大系数
K1
kT kT 1
k 1 k
k 1
压气机压比 涡轮流量
涡轮膨胀比
mTm
T FT
2 TTm RT
* pTm * T
pTm * T pTm *
2 kT
汽车涡轮增压器的工作参数
汽车涡轮增压器的工作参数1.引言1.1 概述自从汽车涡轮增压器的出现，它已成为内燃机技术中不可或缺的一部分。
涡轮增压器的引入为汽车引擎注入了新的活力，并在性能和燃油经济性方面取得了显著提升。
通过提高发动机进气压力，涡轮增压器能够增加燃烧室的氧气供应量，从而提高燃烧效率，增加发动机的输出功率。
涡轮增压器的工作原理基于涡轮机和压气机的相互作用。
涡轮机利用废气流动的动能驱动涡轮转子旋转，而压气机则将空气压缩并送入汽缸。
这种压缩空气的供应方式为汽油或柴油燃料提供了更多的氧气，从而实现更加充分和高效的燃烧。
涡轮增压器的工作参数主要包括压比、增压效率和响应时间等。
压比是指进气边与出气边的绝对压力比，它决定了涡轮增压器提供给发动机的进气压力增幅大小。
较高的压比意味着更高的进气压力和更大的氧气供应量，从而提供更强的动力输出。
增压效率是衡量涡轮增压器性能的重要指标，它反映了压气机转子转动时对气体的增压能力。
增压效率的提高可以减少废气能量的损失，提高系统的能量利用率。
一般而言，增压器的增压效率越高，发动机的功率输出也会相应增加。
响应时间是指涡轮增压器从负载变化时恢复到稳定工作状态所需的时间。
较短的响应时间可以更快地满足发动机对动力输出的需求，提高车辆的加速性能和操控性。
综上所述，汽车涡轮增压器的工作参数直接影响着发动机的性能表现。
压比、增压效率和响应时间等参数的合理设置能够实现更高的动力输出和燃油经济性，为汽车行业带来更加卓越的驾驶体验和可持续发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文主要围绕汽车涡轮增压器的工作参数展开研究，文章分为以下几个部分：第一部分是引言部分，通过概述来介绍汽车涡轮增压器的作用和重要性，以及该文章的主要目的和意义。
同时，指出文章的结构安排，以引导读者了解整篇文章的布局和思路。
第二部分是正文部分，主要分为两个小节。
第一小节是对汽车涡轮增压器的工作原理进行介绍。
通过对其结构和工作过程的详细描述，揭示涡轮增压器在汽车发动机中的作用。
增压器匹配
0,6
0,5
Pressure ratio = 1.71
0,4
0,3
1200 rpm
0,2
0,1
2,5
3
TC Simplified Model - Max. Torque
Turbine Discharge Coefficient = Aeffective/Ageom≅ 0.1413
Effective Area
5
TC Simplified Model - Basic Equations Turbine Efficiencies 涡轮机效率:
ηTTT =
T03 − T04 = T03 − T04 S
T04 1− T03 p04 1− p 03 T04 1− T03
κ −1 κ
13
TC Simplified Model - Max. Torque
Load the model “ TC_simple_basic.bwf” and store it as “TC_simple_1200.bwf”
14
TC Simplified Model - Max. Torque
1200rpm为 最大扭矩点
18
TC Simplified Model - Max. Torque
19
TC Simplified Model - Max. Torque
20
TC Simplified Model - Max. Torque
21
TC Simplified Model - Max. Torque
Mass flow = 0.2922kg/s Temperature = 297.7K p0= 0.09519Mpa => Corrected mass flow = 52.96kg*sqrt(K)/(s*MPa) Pressure ratio = 2.3
发动机的流量特性与涡轮匹配
发动机的流量特性与涡轮匹配一、背景在现代动力系统中，涡轮增压发动机因其高效率和低排放的特性而得到了广泛的应用涡轮增压器中的涡轮与发动机的进气流量特性密切相关，直接影响着发动机的性能本文将详细解析发动机的流量特性以及涡轮的匹配问题二、发动机流量特性流量特性的定义发动机流量特性是指在一定的工作条件下，进气道中空气流动的规律和特性流量特性包括流量系数、流量阻力和流动损失等参数流量系数流量系数是指实际流量与理论流量之比，反映了进气道流动效率流量系数越高，进气效率越高，发动机的性能越好流量阻力流量阻力是指进气道中空气流动时所受到的阻力流量阻力越小，进气道中的空气流动越顺畅，发动机的性能越好流动损失流动损失是指进气道中空气流动时由于摩擦和湍流等原因而产生的能量损失流动损失越小，发动机的效率越高三、涡轮匹配涡轮匹配的重要性涡轮匹配是指涡轮增压器中涡轮的转速与发动机工作转速之间的匹配关系合适的涡轮匹配可以提高发动机的进气效率和性能，降低排放涡轮转速匹配涡轮转速匹配是指涡轮的转速与发动机进气歧管中的空气流速相匹配当涡轮转速与空气流速匹配时，可以获得最佳的增压效果涡轮负荷匹配涡轮负荷匹配是指涡轮的负荷与发动机负荷之间的匹配关系合适的涡轮负荷匹配可以保证涡轮增压器在工作时处于最佳状态，提高发动机的性能四、结论发动机的流量特性和涡轮匹配对其性能有着重要影响了解并优化发动机的流量特性，以及合理匹配涡轮，可以提高发动机的进气效率和性能，降低排放五、流量特性的测试与分析测试方法为了准确地了解发动机的流量特性，通常需要进行流量测试流量测试可以通过稳态测试和瞬态测试两种方法进行稳态测试是在稳定的工况下进行的，可以得到较为精确的流量系数、流量阻力和流动损失等参数瞬态测试则是在变化的工况下进行的，可以得到发动机在不同工作状态下的流量特性测试设备进行流量测试需要使用专业的测试设备，如流量计、压力计和温度计等这些设备可以测量进气道中的空气流量、压力和温度，从而计算出流量系数、流量阻力和流动损失等参数数据分析流量测试得到的数据需要进行详细的分析通常可以使用计算流体动力学（CFD）等软件对进气道流动进行模拟，从而更准确地了解流量特性通过数据分析，可以发现进气道中的流动损失和流量阻力等问题，为优化设计提供依据六、涡轮匹配的设计与优化设计方法涡轮匹配的设计与优化是通过对涡轮增压器的结构和工作原理进行深入研究，以及通过计算机辅助设计（CAD）和计算流体动力学（CFD）等软件进行模拟分析来实现的设计师需要综合考虑涡轮的转速、负荷以及与发动机的匹配关系等因素，以达到最佳的涡轮匹配效果涡轮匹配的优化策略主要包括调整涡轮的直径、叶轮叶片的设计以及提高涡轮的制造精度等通过这些优化措施，可以提高涡轮的转速和负荷匹配，从而提高发动机的进气效率和性能设计实例以某款发动机的涡轮匹配设计为例，设计师通过使用CAD软件绘制了涡轮增压器的结构，并使用CFD软件模拟了进气道中的空气流动通过多次调整涡轮的直径和叶轮叶片的设计，最终实现了与发动机的最佳匹配，提高了发动机的性能七、流量特性与涡轮匹配的应用案例案例一：某款汽油发动机的流量特性与涡轮匹配该款汽油发动机采用了小口径高效率的涡轮增压器，通过精确的流量测试和数据分析，优化了进气道的设计，提高了流量系数，降低了流量阻力同时，设计师通过对涡轮的转速和负荷进行精确匹配，使得发动机在不同工况下都能保持高效的进气效率案例二：某款柴油发动机的流量特性与涡轮匹配该款柴油发动机采用了大口径高扭矩的涡轮增压器，通过流量测试和数据分析，发现了进气道中的流动损失问题，并优化了进气道的形状和尺寸同时，设计师通过对涡轮的直径和叶轮叶片进行优化，提高了涡轮的负荷匹配，使得发动机的性能得到了显著提升发动机的流量特性和涡轮匹配是影响发动机性能的重要因素通过精确的流量测试和数据分析，可以发现进气道中的流动损失和流量阻力等问题，为优化设计提供依据同时，合理匹配涡轮的转速和负荷，可以提高发动机的进气效率和性能通过实际应用案例可以看出，流量特性与涡轮匹配在提高发动机性能方面具有显著效果九、流量特性与涡轮匹配的未来发展趋势电动增压技术的应用随着电动汽车和混合动力汽车的发展，电动增压技术逐渐受到关注电动增压器可以通过电能驱动，提供额外的进气压力，从而提高发动机的性能这种技术不仅可以提供更高的增压效果，还可以实现更快的响应速度和更低的能耗高性能材料的应用随着材料科学的发展，高性能材料在涡轮增压器中的应用越来越广泛例如，采用陶瓷材料制造的涡轮，可以承受更高的温度和压力，从而提高发动机的性能此外，采用复合材料制造的叶轮叶片，可以减轻重量，提高涡轮的效率智能控制技术的应用智能控制技术在涡轮匹配中的应用也越来越广泛通过传感器和控制算法，可以实时监测发动机的工作状态，并调整涡轮的转速和负荷，以实现最佳的涡轮匹配效果这种技术可以提高发动机的性能，减少排放，并延长发动机的使用寿命十、结论发动机的流量特性和涡轮匹配对其性能有着重要影响通过精确的流量测试和数据分析，可以发现进气道中的流动损失和流量阻力等问题，为优化设计提供依据同时，合理匹配涡轮的转速和负荷，可以提高发动机的进气效率和性能在未来，随着电动增压技术、高性能材料和智能控制技术的发展，流量特性与涡轮匹配将会更加高效和智能这将有助于进一步提高发动机的性能，减少排放，并延长发动机的使用寿命综合以上分析，可以得出结论：流量特性与涡轮匹配是发动机设计和优化中不可或缺的一环，对于提高发动机性能和降低排放具有重要意义通过对流量特性的深入研究和涡轮匹配的优化，可以实现更高效的进气效率，提升发动机的整体性能。
涡轮增压汽油发动机的匹配研究
第30卷增刊 2007年12月合肥工业大学学报(自然科学版)J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GYVol.30Sup Dec.2007 收稿日期22;修改日期223作者简介胡必谦(8),男,浙江兰溪人,安徽江淮汽车股份有限公司助理工程师涡轮增压汽油发动机的匹配研究胡必谦(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022)摘 要:文章设计了一款涡轮增压汽油发动机来满足公司的需求;根据开发目标首先确定开发方案,使用电解法进行详细计算;根据目标扭矩、功率、燃油消耗率和高原使用情况进行分析,确定K 03增压器在低端扭矩、效率和高原适应性等方面均较优。
关键词:汽油机;增压;匹配中图分类号:U464.135 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20100204The r eser ch of maching technology f or a tur bo ga sonl ine engineHU Bi 2qia n(Powert rain academy ,Anhui J ianghuai Auto m o bil e Co.,Lt d ,Hefei 230022,China)Abstract :A s t he risi ng of f uel price and t he applicat ion of a utomotive exci se ,a t ur bo ga soline engine is desi gned t o meet t he requirement.In order t o reach t he de si gning t arget ,we must confi rm t he way of desi gni ng fi rst ,t hen caculat e t he dat a by any fomul as.Beca use of t he causes ,such a s t he torque ,t hepower and t he goi ng at t he al tit ude of 3000m ,we shoul d analyse in detail ,t hen sel ect t he K 03t ur bo 2charge r which has a bet ter torque and efficiecy at low speed and sui tabilit y at t ableland.K ey w or ds :gasoline engi ne ;boost ;matchi ng 随着燃油价格的上涨,同时国家推出了新的汽车燃油消费税政策,使低排放、低能耗的小发动机越来越受到市场的欢迎。
涡轮增压工作的原理
涡轮增压器原理涡轮增压原理探讨NA动力提升方法一般的NA（自然进气）发动机的做法，逃不开加大节气门口径，或换多喉直喷等，使高转速时可以在同油门深度下，获得更多的空气量。
但这种方法在某一转数后，作用就有限了。
毕竟NA 发动机的空气是靠真空吸入的。
在汽缸容积固定不变的情况下，真空吸入空气有一个相对的限度。
有的NA 发动机改用高角度凸轮轴(Hi Cam，借此增加进排气门重叠角度)，可以在高转速下获得高动力，但缺点是低转的扭矩较差，而且如果角度过大，会有发动机怠速不稳的现象。
所以现在不少的新车都用上可变气门正时技术，再配合可变凸轮轴等技术（如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC）……以期在低转扭矩和高转马力之间取得很好的平衡。
但即便是用尽以上方法，发动机的进气效率顶多提高60%。
NA 发动机始终无法避免其宿命——空气是被动地被吸入汽缸内的。
也就是说，引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入，即便汽缸吸满了空气，缸中气压也就小于或等于一个大气压。
所以NA 发动机的升功率始终远不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中，可轻松获得一倍以上马力的增压发动机。
涡轮增压系统原理解构涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸（燃烧室）进行压缩燃爆动作（小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率），便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。
涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗（对发动机没有额外的负担），便能轻易地创造出大马力，是非常聪明的设计。
情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。
一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。
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。
某汽油机增压器性能匹配分析与验证
10.16638/ki.1671-7988.2020.17.034某汽油机增压器性能匹配分析与验证程剑峰，张盼，房凯，黄伟（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）摘要：基于A VL-BOOST仿真软件，搭建某汽油机增压器仿真计算模型，文章介绍了一种汽油发动机增压器性能匹配分析的过程，最后试验结果表明，仿真计算数据与试验结果吻合良好，确定增压器性能满足设计需求。
关键词：汽油机；增压器；仿真计算中图分类号：U464.135 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）17-105-02The performance matching analysis and verification for Turbochargerof a Gasoline engineCheng Jianfeng, Zhang Pan, Fang Kai, Huang Wei( Technical Center, Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )Abstract: Based on the A VL-BOOST simulation software, a gasoline engine turbocharger simulation calculation model is built, and a process of matching analysis of the engine turbocharger performance is introduced. The final test results show that the simulation calculation data is in good agreement with the test results, and the turbocharger performance meet the design needs.Keywords: Gasoline engine; Turbocharger; Simulation calculationCLC NO.: U464.135 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)17-105-02引言随着社会生产力和科技的不断进步，节能低耗、动力强劲的发动机进入研究范围，而增压技术是其中重要的一项课题。
boost增压器匹配
Relation of turbine pressure ratio and blade speed ratio:
涡轮机膨胀比与动轮速比之间的关系：
d t Πncor a= p4 κκ−1 1- ( ) p 03
κ −1 2 Rκ
a blade speed ratio 动轮速比 dt turbine wheel diameter 动轮直径 κ ratio of specific heat (ca. 1.36) 比热比 R gasconstant (ca. 287 J/kg/K) 气体常数 p4 turbine outlet static pressure 涡轮机出口静压 p03turbine inlet total pressure 涡轮机进口总压 Π 3.14159....
COMPRESSOR MAP
without Reference
5 4,5 Speed parameter N/SQRT(T) - [rps/SQR(K)]
Mass flow = 0.294kg/s Temperature = 298 K p0= 0.9506 => Corrected mass flow = 53.4 Pressure ratio = 2.3
112.930
Total - to -Total Pressure Ratio
4
98.200
3,5
88.380 75 78.580 77 79 68.740 70
3
2,5
2
1200 rpm
58.920 65
60
1,5
1 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0
Mass Flow Parameter M*SQRT(T)/P - [kg*SQRT(K)/(s*MPa)]
汽油机涡轮增压器的硬件匹配
图1涡轮增压器的布置简图R表示涡轮轴承中心到压气机出气口（或者是涡轮进气口）横截面中心点的距离。
对压气机来说，压气机的A/R 值对压气机性能的影响很小，增压器硬件匹配时基本是固定下来的。
A/R值越大表示具有高流量的倾向。
对涡轮壳来说，一般大A/R比值的涡壳可以扩大流量范围而应用于优化低增压的性能。
小A/R比值的涡壳则应用于高增压。
A/R比值越小，则废气进入涡轮的流速越快，增加了发动机低速时的涡轮功，导致增压压力上升较快，减小涡轮增压的迟滞效应。
但是小A/R比使得废气流入涡轮时，切向角度更大，涡轮叶轮的最终流量将下降，增大背压，导致发动机高速时吸气能力下降，影响了发动机最大功率。
若注重发动机低速扭矩特性和瞬态响应，则应选择小A/R比的涡壳；若更注重发动机高速段的动力输出，则应选择大A/R比的涡壳。
因而需要根据发动机的设计目标来进行选择合理的A/R比。
图2压气机/涡轮的Trim示意图1.2.2压气机/涡轮的Trim对于涡轮来说，Trim是表示压气机/涡轮叶轮的流通能力的关键参数（见图2），其定义如式2所示。
其中inducer为压气机/涡壳叶轮进口外径，压缩机/涡轮叶轮出口直径。
当其他参数相同时，的压气机Trim在50~60之间，Trim在70~80之间。
（3）2涡轮增压器的匹配2.1匹配流程图3所示的是涡轮增压器的匹配流程，从开始到机械强度校核共分为4各阶段5个步骤进行。
搜集好发动机设图3涡轮增压器的匹配流程图要包括中冷温降、压前压力、压前温度、空气流量、压前密度、体积流量、进气歧管压力、压后压力、压后温度、空气流量、压后密度、进气歧管密度、压气机出口温度、压气机作功功率等，如表2所示。
最终根据匹配要求算出压气机对应外特性线上的发动机转速的增压器体积流量、质量流量、压比、压气机效率与压气机的转速等，并在压气机的Map图上画出该发动机外特性工况的效率曲线。
图4是根据某款1.5L涡轮增压发动机的参数特性输入进行匹配得出的压气机MAP图。
车用柴油机涡轮增压器的匹配比较
关 键 词 ： 油机 ； 柴 涡轮 增 压 器 ； 配 匹
中 图分 类 ＂ ：Ｋ ２ ＊ ￣ Ｔ ４ １． ８
文 献标 识码 ： Ｂ
文 章编 号 ：６３ ３４ （ｏ ｏ — ０ ４ ０ １７ — １２ ｌ）５ ０ ４ — ３ ２ １
Ｓｔ ｙ ｏ Ｍ ａ ｃ ｎ ｆＤｉ ｓ ｌＥｎ ｉ ｕｄ ｎ ｔ ｈｉ ｇ ｏ ｅ ｅ ｇ ｎｅ Ｔｕｒ ｃ ｒ ｅ ｅ ｉ Ａｕ ｏ ｂｏ ｈａ ｇ ｒＵｓ ｄ ｎ ｔ ｍｏｔｖ ｓ ｉｅ
压 器 ， 转速 为 １０ ～ ６ ０／ ｎ时尤 为 明显 ． 在 ４ ０ １０ ｒ 力平 均下 降 约 １ｋ ａ ８ Ｐ 。进气 中冷 温度 下 降后 ， 气 密度 增加 ， 入 气缸 的空气 量增 空 进
加， 有利 于提 高柴 油机 的功 率
转 速 ／／ｆ ｒｉ ｎｎ
ｐ ｆ ｒ ｎ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅｓ ｏ ｅ ｅ ｎｇｎ ｓｐｏ ｒ ｔｒ ｅ， ｉｔ ｒ ｃ ｏｉ ｇ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｅ， ｉｔ ｒ ｏ ｌｎ ｅ ｓ ｒ ｅｒｏ ｍａ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｆｄｉｓ ｌｅ ｉｅ＇ ｗｅ ， ｏ ｑｕ ｎ ｅ － ｏ ｌｎ ｅ ｅ ａｕｒ ｎ ｅ －ｃ ｏｉ ｇ ｐｒ ｓｕ ｅ，ｆ ｌｃ ｓ ｕｅ ｏｎ ｕｍｐｉ ｎ ｔｏ ｒｔ ａｉ ｅｅ ｔｄｉ ｅ ｅ ｏ ａｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ａ ｅ ｍ ｅ ｓ ｅ ｏ， ｔ ａ ｆ ｒ ｎｔｒ ｔｔｎ ｐ ｅ ｒ ａ ｕｒｄ．Ｔｈｅ ｃ ｍｐａ ａｉｅ ｅ ｕ ｔ ｆｔ ｅａｔｖ ｅ ｏ ａｎ ｅ ｐａａ ｏ ｒｔｖ ｒｓ ｌｓ ｏ ｈｅ ｒ ｌ ｉｅ ｐ ｒ ｒｍ ｃ ｒｍｅｔｒ ｆ ｉ ｏ ｔｄ ｆ ｅ ｓｏ ｍｐ ｒｅ
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涡轮增压器与柴油机匹配仿真研究
１ ． ２ 柴 油机 仿真 模 型
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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
第五章 柴油机与涡轮增压器的匹配
第五章柴油机与涡轮增压器的匹配山东大学学院能源与动力工程学院能源与动力工程第五章柴油机与涡轮增压器的匹配本章的主要教学内容：1.增压特性匹配及联合运行线的调节2.增压柴油机的热负荷及解决途径3.增压柴油机的机械负荷及解决途径4.改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径第五章柴油机与涡轮增压器的匹配教学目的与要求:要求比较系统地掌握：增压特性匹配及联合运行线的调节；增压柴油机的热负荷及解决途径；增压柴油机的机械负荷及解决途径；改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节在压气机特性曲线上，将该工况下以增压比和空气流量表征的增压器和柴油机联合运 5.1.1 联合运行线行点确定下来，柴油机按某一特性运行时的所有工况点都可在压气机特性曲线上确定下来，形成增压器和柴油机联合工作后的联合运行线。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.2 涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.3 联合运行线的调节5.1.3.1 涡轮喷嘴环出口通流面积的调整改变涡轮喷嘴环出口通流面积的方法是用改变运行线的方法适应压气机特性5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节最佳喷嘴环出口流通面积寻找方法5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节5.1.3.2 改变压气机扩压器的进口角改变压气机特性线的方法的方法适应运行线5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.1 增压柴油机的热负荷问题5.2.2 热负荷的一种表达式5.2增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.3 影响热负荷大小的主要因素分析5.2.4 降低热负荷的主要措施5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.1 适当增大进、排气门叠开角5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.2 增大叠开期内的进、排气管压力差5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.3 增大进、排气门的时间-截面5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.4 增压中冷5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.5 强化冷却系统5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.6 改善供油系统及燃烧系统5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.1 增压柴油机的机械负荷问题5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2 降低机械负荷的途径5.3.2.1 适当降低柴油机的压缩比5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.2 适当减小供油提前角5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.3 调整涡轮增压器5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.4 优化供油系统5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.1增压柴油机低工况性能分析5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.1增压柴油机低工况性能分析5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.2 改善增压柴油机低工况性能的措施5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径5.4.2.2 采用高工况放气对车用发动机来说，为解决低工况的性能问题，较多采用如图所示的高工况放气系统。
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。
涡轮增压器对于发动机的性能影响
涡轮增压器对于发动机的性能影响及特性分析专业机电09-11-(4)班作者姓名张东昕指导教师李昕定稿日期：2022年04月26日目录摘要 (1)引言一、何为涡轮增压器二、涡轮增压器工作原理及其结构.2.1涡轮增压器的简介2.2涡轮增压器的结构图及装置的组成2.3涡轮增压器的工作原理2.4涡轮增压器的优缺点三、涡轮增压系统及发动机的种类3.1涡轮增压系统的种类3.2涡轮增压发动机的种类四、涡轮增压对发动机影响4.1加装涡轮增压对汽车利弊影响有哪些4.2驾驶技术对涡轮增压发动机油耗的影响分析4.3自然进气，废气涡轮进气，惯性涡轮进气对发动机功率的影响五、增压技术在汽车发动机领域的应用结束语 (25)参考文献 (25)摘要：涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机，它利用发动机排出的废气作为动力来推动位于排气道内的涡轮，涡轮转动的同时带动位于进气道内同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸，当发动机转速加快，动力输出就更高。
涡轮由两部分组成，一是新鲜空气增压端、另一部分为废气驱动端，两端各有一个叶轮，在同一轴上的两边涡轮之间还有一个泄压触发器设在废气涡轮那边，当压缩涡轮压力过大，压力便会推动触发器将废气涡轮的阀门打开，降低气压，以防止增压过度涡轮轮轴的支承为轴套轴套里边的轴承设计可以分为滚珠轴承和浮动轴承。
涡轮增压器叶轮的旋转动力来自于废气。
废气带动涡轮，在涡轮的另一边，叶片压缩空气。
涡轮增压器壳体为镍、铬和硅合金材料，轴为铬和钼合金材料。
更重要的是，涡轮增压器是在高温、高速条件下工作的，为保证其正常工作，在涡轮增压器中通入了机油和冷却液，以保证有效的润滑和冷却，改善工作条件发动机排出的具有高温和一定的压力的废气进入增压器中，推动轴的叶轮以每分钟高达数万甚至几十万转的高速度旋转，怠速时，叶轮转速为12000转/分，当全负荷时，叶轮转速可超过135000转/分，普通的轴承是无法承受如此高速而产生的高温和磨损的，所以在涡轮增压系统里边机油的润滑和冷却作用至关重要。
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柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(1)
如果发动机在定转速下运 行并平稳地增加负荷，那 么，空气质量流量将近似 地随着充气密度的增加而 增加。进入发动机的气流 特性曲线可以与涡轮增压 器的压气机特性曲线叠绘 在一起，曲线的斜率取决 于气流密度。
7
柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(2)
而涡轮机械的只有在设计流量时，气流角度才能与 涡轮机械各部分叶片结构角度相适应。如果流量偏 离设计点，就会出现由于气流的分离所造成的倾角 损失。这些损失将随着倾角偏差的增大而增长，因 此，涡轮机械不可能充分适应柴油机宽流量范围运 行的要求。但是另一方面，涡轮机械的设计参考点 效率较高，小的结构尺寸下却可通过较高质量比流 量的流体，所以把它们用作增压器。
17
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(2) 试验法
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
18
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(3) 试验法
一般很少将发动机耗气特 性画在涡轮特性上。 如果要叠画在一起，判断 的准则是：涡轮最高效率 区处于发动机的低速工作 区；涡轮特性线在等膨胀 比下比较平坦；自循环工 作线贯穿涡轮的高效率区； 发动机整个运转区域，都 在涡轮无因次转速1.0以 下。
3
引言
---柴油机与增压器的匹配特点(1) ---柴油机与增压器的匹配特点(1) 柴油机与增压器的匹配特点
特性曲线形状完全不同的涡轮机械和往复式机械联 合起来运行，必须要进行非常周密细致的工作。
对于几何参数不可变的增压器来说，涡轮增压器仅 和发动机在运行范围内的某个特定参考点有最优匹 配。如果发动机要求在很宽的转速和负荷范围内运 行，在匹配涡轮增压器时，就要选择一种折衷的方 案，该方案应能使发动机在最重要的点达到最优匹 配，在其它点达到比较合适的匹配。
26
增压中冷
---( ---(3) 可降低发动机的燃油消耗率。增压中冷后， 一方面由于进气量充足，燃烧过程更为完善， 另一方面由于中冷后发动机的平均循环温度 有所下降，相对散热损失减少，同时发动机 的相对机械损失也会减少，因此发动机的燃 油消耗率有所降低。 可降低发动机排气中有害成分的排放量。由 于中冷降低了最高燃烧温度，所以可使NOX排 放显著降低。对于达到欧洲二号排放标准的 柴油机，一般都采用增压中冷。
25
增压中冷
---( ---(2) 增压发动机采用中冷后，有如下优点： 进气密度进一步提高，可使发动机达到比较 高的平均有效压力。 可降低发动机的热负荷。这是因为增压空气 经中冷温度降低后，可使发动机的最高燃烧 温度和排气温度下降。试验数据表明，发动 机的进气温度每下降10℃，排气温度可下降 20-30℃，从而改善了发动机受热零件的工作 条件。
10
柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(5)
就一般情况而言，压气机喘振线与发动机运行线最近 点的间隔余量最少应为10%。对气缸数较少的发动机， 某些时刻要求此间隔余量为20%。
11
柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(6)
涡轮增压器的涡轮能有效地在比压气机宽得多的质量 流量范围下运行。所以一般不将发动机的耗气特性绘 在涡轮流量特性上。 还有另外一个问题就是，如果涡轮运行在气流极不稳 定的脉冲系统中，那么把发动机气流的“平均”流量 绘制在涡轮特性曲线图上将不能反映真实的情况，会 使人产生很大的误解。而要精确的测定发动机在涡轮 特性曲线图上的运行区域，就要求在发动机运行条件 下的整个范围内绘制废气流量和膨胀比的瞬时值曲线， 而要想精确的测量这些瞬时数据是非常困难的。
当然，如果涡轮流通面积本来就比较小，那么继续减小 流通面积会造成堵塞，会使空气流量反而下降。
14
柴油机与涡轮增压器匹配
---基本算法( ---基本算法(1) 基本算法
目的：估计增压器的空气流量和增压压力等参数，初选 涡轮增压器，为试验选型做好准备。 步骤： 从考虑柴油机的燃烧和热负荷出发，定下涡轮前的废气 温度TT，根据能量平衡式，即输入的能量和输出的能量 相等，列出进气量和排气温度的关系。根据TT定出空气 流量Gs。 在进气流量确定后，根据充气系数、扫气系数、发动机 转速及气缸容积确定增压压力的大小Ps。 进气流量和增压压力确定后，根据涡轮增压器的功率平 衡，可以确定涡轮前压力Pt。
15
柴油机与涡轮增压器匹配
---基本算法( ---基本算法(2)前温度都确定后， 就可以估算出涡轮的通流面积。到此为止，也就完成了 整个增压器的估算过程。
16
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法(1) ---试验法(1) 试验法
将发动机的耗气特性与压 气机特性重合起来，方可 判断压气机是否经常在最 高效率区内运转。 重型车用发动机与压气机 匹配的要求是： 1)发动机最大扭矩点处在 压气机的最高效率区。 2)发动机的外特性处在压 气机效率较高的区域。 3)在发动机部分负荷工作 时，压气机的工作区域绝 大部分其绝热效率高于65%。
12
柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(7)
涡轮的喷嘴环或涡壳控制 着涡轮的有效流通面积。 因此，涡轮的有效流通面 积的改变是可以通过调整 上述的元件来实现的。
13
柴油机与涡轮增压器的流量特性
---( ---(8)
如果减小涡轮的流通面积，那么压气机的出口压力和质 量比流量将增大，由于充气温度也跟着上升，所以增压 压力上升的比例较空气质量比流量上升比例要大。
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。
压气机的喘振边界与发动机运行线最接近点间的间隔 余量的确定必须充分考虑下面三个因素： 1)虽然平均流量的位置并不接触特定的喘振线，但由 于进气系统中的脉动，很可能诱发喘振。 2)如果空气滤清器在使用中严重阻塞，流入发动机的 空气流量将减少，混合气变浓，涡轮前温度升高，所 以增压压力不可能下降，因此，发动机运行线就会向 喘振线方向少许移动。 3)如果发动机在高原运行，由于高原运行时，压气机 压比代偿性上升，其运行线将向喘振线方向作较多的 移动。
19
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(4) 试验法 匹配实例 发动机与压气机匹配 不合适。
20
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(5) 试验法 如左所示的2、3两种叶 轮都是在叶轮1的基础上 修改得到的，匹配的是 同一种无叶扩压器和集 气器。
1 2 3 叶轮进口直径 43 39 35 叶轮出口宽度 4.3 3.6 3.0 单位：mm
涡轮增压技术
第六章
发动机与涡轮增压器的匹配
1
发动机与涡轮增压器的匹配
引言 柴油机与涡轮增压器的流量特性 发动机与涡轮增压器匹配的基本算法 发动机与涡轮增压器匹配的试验法 增压中冷 增压器的调节
2
引言
---柴油机与增压器的流动特点 ---柴油机与增压器的流动特点
由于往复式机械的空气质量流量的范围很宽，故非 增压柴油发动机有效速度范围也是很宽的。
22
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(7) 试验法
修改涡轮喷嘴环最小截面积 后，涡轮特性线也会有相应 变化。图中虚线表示减小无 叶喷嘴的涡壳流通截面后， 所得到的涡轮特性曲线。 在同样膨胀比下，小截面的 折合转速要高很多，而折合 流量要小很多。
23
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(8) 试验法
4
引言
---柴油机与增压器的匹配特点( ---柴油机与增压器的匹配特点(2) 柴油机与增压器的匹配特点
为了改善匹配性能，除优化增压器的设计参数外， 还要改变发动机的设计。这类改变包括燃油喷射系 统的调整、气门流通面积及配气正时的改变等。
一般而言，转速范围窄且增压程度低的柴油机与废 气涡轮增压器匹配良好相对容易些，但是对于高转 速发动机和增压程度较高的发动机，匹配问题就比 较复杂。有时为获得良好的匹配，不得不采用较为 复杂的结构如旁通放气阀、可变喷嘴涡轮等。
27
增压中冷
---( ---(4) 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。
28
增压中冷
---( ---(5)
中冷系统的性能主要取决于中冷器的效率和压降。 中冷器的效率是指增压空气通过中冷器后所降低的 温度与理论上最大可能降低的温度之比。 t Ai − t A0 ηA = t Ai − tci tAi，中冷器进口空气温度 tAo，中冷器出口空气温度 tci，冷却介质进口温度 一般中冷器的效率可达0.75-0.85。 中冷器的压降表示增压空气通过中冷器后的压力损 失，空空中冷器的最大压降在5KPa-8KPa之间，水空 中冷器的压降一般要求在5KPa以内。
21
发动机与涡轮增压器匹配
---试验法( ---试验法(6) 试验法
如果发动机的外特性线处于压气机 特性线图中偏低的位置，则可用改 变涡轮喷嘴环的最小截面积的方法 来改善两者的配合。当截面积变小 时，发动机的排气压力增高，可驱 使涡轮更快带动压气机运转。这就 使得压气机的压比增加，从而增加 了进气密度、流量。 还应注意：若涡轮的最小截面积原 来就较小，再进一步减小其最小截 面积，即使涡轮的效率基本不变， 仍会由于发动机的排气阻力有明显 的增加，使得压气机的匹配流量减 少。