第三章：增压器与内燃机的匹配

π DnT
k k ' RTT 1 − π Tk −1 2g ' k −1 '
'
12. 从涡轮特性曲线上得到ηT 从涡轮特性曲线上得到η
ηT
15. 在另一个nnp线上取点B，重复3在另一个n 线上取点B 重复3 14步（柴油机转速不变）； 14步 柴油机转速不变）； 16. 重复15,得到C，D，E，……， 重复15,得到 得到C ……， 连接这些点就得到了柴油机在某 转速下的平衡运行线。 转速下的平衡运行线。选另一个 转速， 转速，即可得其它平衡线
1. 根据增压度要求，计算目 根据增压度要求， 标平均有效压力p 标平均有效压力pe
λ＝∆Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn)
3. 根据pe和gk/ ϕk，查图得到 根据p pk/p0
2. 选取千瓦时空气消耗量gk 选取千瓦时空气消耗量g 计算g 及ϕk，计算gk/ ϕk
gk ＝Gk/Ne*3600 (kg/kw.h) 四冲程：5.85四冲程：5.85-7.5 其中水冷：5.86其中水冷：5.86-6.8, ge高和α大时取大值， ge高和 大时取大值， 高和α n大取小值
ρk
ρk ρ0 ρ0
Gk
于是
iVh nϕ k = 120
？
ρk ρ0 ρ0
Gk
× 10 3
• 表征4冲程柴油机每 ( L / min) 分钟容积流量的参数 • 常数
12
课程编号： PX_YC_YFY_2007
（续）
根据气体状态方程得
ρk pk / p0 = ρ0 Tk / T0 ？
( pk / p0 ) ηk = Tk / T − 1
课程编号： PX_YC_YFY_20Leabharlann Baidu7
5
主要步骤
开始
搜集客户数据 计算发动机 所需的空气量
Step 1
Step 2
选择压气机
按压气机条件 修正流量
在压气机特性图 上标出数据点
Step 3
Step 3
选择涡轮机
基于功率平衡 计算所需的涡轮
在涡轮机特性图 上标出数据点
Step 4
Step 4
机械强度校核
GT = ATψ T
'
pT TT
' 0
2 R
2 ' 0 k ' −1 k
'
8. 根据流量平衡，可以由 根据流量平衡， Gk计算出GT，然后根据 计算出G 经验数据选取初始T 经验数据选取初始TT，可 由上式计算出p 由上式计算出p0’/pT 9. 设排气背压p0’＝p0,得 设排气背压p πT＝pT/p0 10. 由πT和nT（nnp）在涡轮 流通特性图上得到 G p T
验证系统的 机械强度
Step 5
课程编号： PX_YC_YFY_2007
6
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WWW传送数据 通过email或WWW传送数据
20
求解平衡运行线
k −1 k pk − 1 1 N k = Gk C pk T0 p0 ηk k C pk = k = 1.4 gR0 k −1 k ' −1 ' ' p0 k NT = β GT C pT TT 1 − ηTηm p T
Pk/p0 A
Gnp
2. 初选增压器，得到压气机 4. 求T 初选增压器， k 特性和涡轮特性 Tk＝T0(Y＋1) (Y＋ 3. 在压气机特性曲线上按增 5. (求中冷后的温度Tk’和 求中冷后的温度T 压力p 压力pk’) 压器标定转速任取一点A 压器标定转速任取一点A， Tk' = (1 − ηc ) Tk + ηcTw 得到G 得到Gnp，pk/p0,nnp, ηk， p 求得Y 求得Y p ' = p − ∆p = p g k − ∆p
13. 按前面公式求得X 按前面公式求得X 14. 检验功率是否平衡？ 检验功率是否平衡？
1 C pT TT gX Y = ? = 1 + α Σl0 C pk T0 若Y ≠ L 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
u 11. = c0
一、平衡条件
2.流量平衡 2.流量平衡
1 GT = Gk + G f = 1 + gGk α Σl0 1 一般1+ = 1.0 ~ 1.03 α Σl0 令 f = GT , Gk 则 f = 1.0 ~ 1.03
1.功率平衡 Nk=NT 1.功率平衡
β 为变压系统中功率放大系数， 恒压时β＝1, 变压时β >1,一般取值1~2
课程编号： PX_YC_YFY_2007
19
联合运行线计算过程概览
• 平衡条件 1. 功率平衡 Nk = NT
Y = G G
T K
⋅
C C
pT pk
⋅
TT ⋅ X T0
k '−1 k
'
p 0' X = β 1 − pT k −1 k pk − Y = p0
k' C pT = gRT k '− 1 k ' −1 ' ' p0 k 令X = β 1 − ηTη m , p T G C pT TT 则Y = T g g gX Gk C pk T0
k −1 pk k 1 Y = − 1 p0 ηk
g k = Gk / N e × 3600
4冲程水冷高速柴油机：
α 较大时，g k 取大值
n较大时，g k 取小值 结合 iVh nϕ k 公式，可得到 pe = 3.6( pk / p0 ) ρ0 1 g k / ϕ k 1 + ηk ( pk / p0 )
k −1 k
课程编号： PX_YC_YFY_2007
17
课程编号： 课程编号：PX_YC_YFY_2007 玉柴电控柴油机技术培训
求解联合运行线 选择涡轮机及优化整机性能） （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， 反映了匹配运行时的综合情况， 反映了匹配运行时的综合情况 可用来判断匹配是否合适
η Tη
m
1 1 η k
2. 流量平衡 GT = Gk + Gf 3. 转速平衡 nT ＝ nk
课程编号： PX_YC_YFY_2007
计算方法 －简单迭代 1. 在压气机特性曲线上任取 一点，得到G 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（ 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 5. 选5-6点得出一条联合运行 线 6. ……
3.转速平衡 3.转速平衡 nT=nk
课程编号： PX_YC_YFY_2007
21
二、求解步骤
1. 确定已知条件
大气条件p 大气条件p0,T0;中冷器效率 ηc；(中冷器冷却水的平均温 度Tw，中冷器压力损失 涡轮喷嘴环出口面积F △p；)涡轮喷嘴环出口面积F； 涡轮出口平均直径D 涡轮出口平均直径D；发动机 参数。 参数。
13
2) 为方便使用把iVhnϕk、pk/p0和Gk间的关系做成图 为方便使用把iV
课程编号： PX_YC_YFY_2007
14
3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系 建立压比p 和平均有效压力p
pe = 120 N e iVh n ( MPa) (kg / kw.h) ：标定点千瓦时功率的耗气量 g k = 5.85 ~ 6.8， g e较大时，g k 取大值
4. 由发动机参数计算容积流 量iVhnϕk
课程编号： PX_YC_YFY_2007
10
5. 查图得到Gk 查图得到G
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
课程编号： PX_YC_YFY_2007
11
计算公式的推导： 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 建立增压后标定点空气量G 和压比p
k −1 −1 k
用压气机绝热效率替换 Tk / T0 :
ρk 并把 带入 iVh nϕk 得： ρ0
k −1 −1 k − 1 / ηk 1 + ( pk / p0 ) iVh nϕk = 120 ×103 ⋅ • Gk ( pk / p0 )gρ0
课程编号： PX_YC_YFY_2007
T T T
p ' p k ψ T = ' [( ) k − ( ) k − 1 pT pT
πT
]
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
课程编号： PX_YC_YFY_2007
n T0
GT TT pT
23
10. 核算GT是否一致，若不一致， 核算G 是否一致，若不一致， 重选T 直到G 重选TT，直到GT一致
• 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 在尽可能低的排气背压下， 速功率。 速功率。
课程编号： PX_YC_YFY_2007
3
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
课程编号： PX_YC_YFY_2007
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 选择压气机， 气，并满足： 并满足：
– 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的 在低速、 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： 选择涡轮机，以驱动压气机，并满足：
– 无废气放气阀时
课程编号： 课程编号：PX_YC_YFY_2007 玉柴电控柴油机技术培训
第三章：增压器与内燃机的匹配 第三章：
匹配原则和基本方法 车用内燃机增压特点
课程编号： 课程编号：PX_YC_YFY_2007 玉柴电控柴油机技术培训
增压器与内燃机的匹配 ——应用研究 ——应用研究
增压器的初选 联合运行线的调节 Zinner图 Zinner图 热负荷 机械负荷
k k 0
p0
课程编号： PX_YC_YFY_2007
22
6. (求冷却后的折合流量) 求冷却后的折合流量)
Q Gk = p0 1*105 293 gGnp T0
Gk Tk' 293 Tk' pk p0 ∴ = g ' g gGnp ' 5 1*10 T0 pk pk pk
7. 在涡轮机侧： 在涡轮机侧：
满足客户需求 的产品
4
几个阶段
技术开发层面 产品开发层面
3.实验调整 1.初选（压气机）
•来自市场的开发目标 •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
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；
定型
•产品认证； •生产一致性认证；
•仿真分析增压器和 •整车匹配： 发动机匹配的外特 •加减速响应特性 性 •可靠性；
− 1
• gk/ϕk是建立强化程度 和外在性能的桥梁 • 常数
15
课程编号： PX_YC_YFY_2007
4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/ϕk间的关系做成图 为方便使用把p
课程编号： PX_YC_YFY_2007
16
对3个关键点的检查
依据 ∆Gk＝10~30%Gk，选用最合适的增压器
iVh nηvϕ s 体积流量 V0＝ ×10−3 m3 / s 2 × 60 i : 缸数；Vh 工作容积（L）； n:标定点转速； ϕs：扫气系数 令
η vϕ s = ϕk 给气比
ϕk
又： V0 = Gk =
0.9 （气门叠开角0-30CA） 1.0 （…………50-70CA） 1.1 （ ………100-140CA）
课程编号： PX_YC_YFY_2007
7
课程编号： 课程编号：PX_YC_YFY_2007 玉柴电控柴油机技术培训
匹配方法
课程编号： 课程编号：PX_YC_YFY_2007 玉柴电控柴油机技术培训
Step 2-3, 计算方法 2(选择压气机) 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