【正文】 ime from 40 to 60 mph at wide open throttle (passing simulation)。同時(shí)要感謝謝感謝南昌恒天動(dòng)力機(jī)有限公司提供了試驗(yàn)設(shè)備，恒動(dòng)公司優(yōu)越的試驗(yàn)條件是論文寫作完成的重要前提。對(duì)試驗(yàn)中產(chǎn)生的喘振現(xiàn)象進(jìn)行了分析。由于連接兩輪的渦輪軸上面的軸承為浮動(dòng)軸承，同時(shí)兩輪轉(zhuǎn)速極高，因此對(duì)潤(rùn)滑及散熱提出了很高的要求。在設(shè)計(jì)工況時(shí)，沖擊損失可認(rèn)為是零。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)匹配VNT系統(tǒng)后，最大功率從71kw提高到77kw，最大轉(zhuǎn)矩從282 N而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大道較高負(fù)荷時(shí)，為了進(jìn)一步提高輸出轉(zhuǎn)矩，需逐步減小VNT葉片開度，以提高渦輪轉(zhuǎn)速，進(jìn)而提高增壓壓力，使輸出轉(zhuǎn)矩增大，提高動(dòng)力性。其次，提出了增壓器匹配試驗(yàn)的方案，即在所選工況點(diǎn)由高速到低速測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性點(diǎn)。廢氣渦輪由噴嘴環(huán)和工作輪等組成，渦輪增壓器的調(diào)節(jié)方式有排氣調(diào)節(jié)和變截面調(diào)節(jié)。 車用發(fā)動(dòng)機(jī)一般采取高工況下放部分廢氣不經(jīng)過渦輪做功而直接排入大氣。摩擦損失扭矩： （28）（4）發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的平衡方程： （29）式中，為負(fù)載扭矩；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。③從排放角度，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用相對(duì)較大的過量空氣系數(shù)，所以燃燒可以更充分，HC、CO和碳煙排放都降低。這種渦輪在工作時(shí)，輪盤不會(huì)松脫，動(dòng)平衡不易破壞，零件少。噴嘴環(huán)安裝在渦輪進(jìn)氣殼與工作輪之間，廢氣從這里引入工作輪。特別是當(dāng)工作葉輪出口處的氣流速度超過音速時(shí)，通過無葉擴(kuò)壓器可使氣流速度下降到小于音速，避免氣流沖擊波。 （1）導(dǎo)流罩(也稱吸氣殼)：它是壓氣機(jī)的進(jìn)氣裝置。論證使用葉片可調(diào)渦輪增壓器的可行性和運(yùn)行的高效性，對(duì)增壓器運(yùn)行出現(xiàn)的喘振給出了分析，并針對(duì)如何提高增壓器匹配性能提出調(diào)整建議。由于不像機(jī)械增壓時(shí)壓比受到限制,故近年來高增壓的趨勢(shì)越來越明顯。這種方式雖然效果較差，但是冷卻風(fēng)量隨負(fù)荷變化，兼顧了不同負(fù)荷時(shí)的燃燒性能，而且尺寸小，安裝方便。另外還可以將多種增壓方式加以組合，稱為復(fù)合增壓，以獲得更好的增壓效果。玉柴柴油機(jī)/天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)表明，機(jī)械式的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由于兩種燃料均采用機(jī)械式控制，替代比只能達(dá)到50%，并且由于控制精度有限，柴油的增壓壓力的波動(dòng)導(dǎo)致CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣量的變化從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。（3）使用安全經(jīng)過美國(guó)、俄羅斯、意大利、加拿大、阿根廷、荷蘭、澳大利亞等許多國(guó)家?guī)资甑氖褂帽砻?，燃?xì)馄囀且环N清潔安全的代用燃料汽車。 Experiment目錄摘要 IAbstract II第一章 前言 1 1 1 2 3 3 3 4 4 5 6 6 6第二章 渦輪增壓系統(tǒng)原理及選型 7 7. 離心式壓氣機(jī) 7 8 9 渦輪增壓器模型分析 10 10 11 11 11 12 12 13 15第三章 試驗(yàn)組織 16 試驗(yàn)條件 16 1儀器 17 數(shù)據(jù)采集 17 采集手段 17 試驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)圖 18 本章小結(jié) 18第四章 試驗(yàn)結(jié)果與分析 19 19 19 20 21 離心壓氣機(jī)喘振分析 23 改進(jìn)建議 26 26 26 27第五章 總結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29致謝 30附錄A 外文翻譯原文部分 31附錄B 外文翻譯譯文部分 38附錄C 試驗(yàn)平臺(tái)圖片 43附錄D EIM0301D測(cè)控儀操作規(guī)程 45第一章 前言天然氣在21世紀(jì)世界能源供應(yīng)領(lǐng)域中占有中要的地位。天然氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是高新技術(shù)產(chǎn)品的代表之一，天然氣具有節(jié)能、低污染的天然優(yōu)勢(shì)、能滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，同時(shí)更是當(dāng)今能源危機(jī)有效的替代品。藍(lán)色燃料通常含甲烷85%，氮含量約10%，其余還包括乙烷、丙烷、氫、二氧化碳、一氧化氮、硫化氫和氦等。如一輛公交車每天用汽油250元，用壓縮天然氣只需花100元左右；一輛出租車每天用油70元，用壓縮天然氣只需花30元左右。國(guó)外CNG發(fā)動(dòng)機(jī)絕大部分采用此種形式。因此可以較大幅度的提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，還可以提高經(jīng)濟(jì)性，降低排放，尤其是NOx的排放水平。德國(guó)KKK公司是世界上生產(chǎn)小型渦輪增壓器的著名廠商之一。（3）環(huán)保渦輪增壓器能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能，必將降低發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體和CO2的排放量。經(jīng)過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定哪種增壓器具有更佳的匹配效果。 （2）工作葉輪：是離心式壓氣機(jī)的主要部分，是安裝在渦輪所帶動(dòng)的壓氣轉(zhuǎn)軸上的高速旋轉(zhuǎn)元件。當(dāng)廢氣流進(jìn)工作輪葉片時(shí)，由于氣流在通道內(nèi)轉(zhuǎn)彎，產(chǎn)生離心作用，以及氣流的相對(duì)速度增加對(duì)葉片產(chǎn)生反作用的緣故，氣流在葉片的凹面上壓力提高，而在葉片的凸面則壓力減小。其結(jié)構(gòu)依徑流式渦輪與軸流式渦輪而不同。 由上式可知，提高內(nèi)燃機(jī)的功率主要有下列途徑：①結(jié)構(gòu)方面，增大氣缸直徑和活塞行程，增加氣缸數(shù)。 渦輪增壓器模型分析渦輪增壓系統(tǒng)模型由壓氣機(jī)模型、渦輪模型、增壓器動(dòng)力學(xué)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型四大組成部分。系統(tǒng)中的天然氣噴射閥選用了KEIHIN燃?xì)鈬娮臁？勺兘孛鏈u輪增壓系統(tǒng)的基本工作原理是從低速到高速通過分段或連續(xù)改變渦輪截面，來提高發(fā)動(dòng)機(jī)低工況時(shí)的過量空氣系數(shù)。 試驗(yàn)在恒天動(dòng)力南昌有限公司NC4JR120試驗(yàn)平臺(tái)EIM0301D測(cè)控儀上進(jìn)行。渦輪噴嘴環(huán)開度的調(diào)控目標(biāo)確定為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性以最佳動(dòng)力性為優(yōu)化目標(biāo)。由于全負(fù)荷混合器濃度增大，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗有所增加。很多因素可能引起喘振，如葉片擴(kuò)壓器失速、壓氣葉輪失速、工作輪失速、無葉擴(kuò)壓器不穩(wěn)定工作或以上諸因素的合成。當(dāng)壓氣機(jī)在小于設(shè)計(jì)流量的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：在工作輪中的氣流沖向葉片的凹面，在葉片的凸面則發(fā)生分離并形成渦旋，由于氣流慣性，空氣也要擠向葉片的凹面，所以氣流在葉片的凹面則發(fā)生分離并形成渦旋，由于氣流在離開工作輪后，保持著沿對(duì)數(shù)螺旋線的自由軌跡運(yùn)動(dòng)，空氣也要貼靠葉片的凸面，所以氣流的分離現(xiàn)象會(huì)擴(kuò)展。（4）起動(dòng)后，應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3~5min。第五章 總結(jié)采用增壓技術(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃?xì)饨?jīng)濟(jì)性，并可以節(jié)約能源、降低噪聲，可以在高海拔地區(qū)使用時(shí)恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)因空氣稀薄導(dǎo)致的功率下降，適應(yīng)高海拔地區(qū)車輛和工程機(jī)械作業(yè)的要求。 (3) elapsed time and maximum speed at a quarter mile. Values are the average of six evaluation website, with detailed descriptions. Acceleration: Three tests performed: (1) elapsed time from a standstill to 60 mph at wide open throttle, loaded and unloaded?？梢哉f沒有李老師的幫助，畢業(yè)論文不能順利完成，感謝他對(duì)我的悉心關(guān)照。本章給出了試驗(yàn)結(jié)果，從燃?xì)庀穆省⒐β?、扭矩、外特性等角度分析比較了VNT增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和普通增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。排氣推動(dòng)增壓器渦輪旋轉(zhuǎn)，通過渦輪軸傳遞給葉輪，葉輪旋轉(zhuǎn)以增加進(jìn)氣壓力。它使氣流方向與葉片構(gòu)造角偏離，而導(dǎo)致氣流與葉片沖擊，并在流道內(nèi)產(chǎn)生漩渦，這就形成了沖擊損失，使工作輪消耗掉一份能量。（2） 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)VNT調(diào)節(jié)規(guī)律不僅與節(jié)氣門開度有關(guān)，也與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中低負(fù)荷時(shí)，輸出功率的控制通過節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，而VNT葉片開度保持全開，以降低排氣阻力，減小泵氣損失，改善經(jīng)濟(jì)性。 試驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)圖 NC4JR120增壓器排氣表空氣流量計(jì)大氣廢氣油溫表油壓表測(cè)功器濕度計(jì)大氣壓力計(jì)氣耗儀 水溫表圖31 試驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)圖 本章小結(jié)本章介紹了試驗(yàn)進(jìn)行的外部條件，對(duì)冷卻系統(tǒng)水溫、排氣溫度、機(jī)油溫度等都進(jìn)行了限定，這樣保證了試驗(yàn)的規(guī)范性。壓氣機(jī)由進(jìn)氣裝置、工作輪、擴(kuò)壓器、出氣蝸殼組成。這是目前采用較多的方法，不足之處是由于放走了一部分廢氣，造成了能量損失，犧牲了增壓器的效率，發(fā)動(dòng)機(jī)高工況情況的燃料消耗率有所增加。（3）摩擦扭矩 可采用一個(gè)反映平均摸彩壓力與轉(zhuǎn)速間函數(shù)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式： （27）式中，為平均摩擦壓力；為系數(shù)；為活塞平均速度。所以根據(jù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率有所降低，經(jīng)濟(jì)性提高。整體式是將工作輪的輪盤與渦輪軸鍛成一體，或焊接成一體。 （2）噴嘴環(huán)。它的作用是使流出工作葉輪的高速氣流的速度均勻并使其稍有下降，以減小進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器時(shí)的流動(dòng)損失。 廢氣渦輪增壓器中的離心式壓氣機(jī)一般由以下幾個(gè)部分組成：進(jìn)氣裝置,工作輪，擴(kuò)壓器，出氣蝸殼。經(jīng)過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定哪種增壓器具有更佳的匹配效果。車用渦輪增壓技術(shù)的特征總體來說,當(dāng)今的車用渦輪增壓技術(shù)主要具有以下4點(diǎn)特征：（1）小型化在發(fā)動(dòng)機(jī)重量及體積增加很少的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要做重大改變，即很容易提高功率20% ~50%。 ②用壓縮空氣渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇由壓氣機(jī)分出一小股氣流驅(qū)動(dòng)一個(gè)渦輪，帶動(dòng)風(fēng)扇來冷卻中冷器。氣波增壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低工況時(shí)有較高的增壓壓力，工況的適應(yīng)性好；但是質(zhì)量和體積較大，安裝受限制，效率較低，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲比較大，這些缺點(diǎn)限制了氣波增壓的應(yīng)用。 為適應(yīng)商用車降低排放污染和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的發(fā)展需要，在CNG發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展初期采用CNG和柴油的摻燒的方法，即通過在原柴油機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)總增加天然氣混合器，將天然氣吸入，使天然氣與空氣形成可燃混合氣，混合氣進(jìn)入缸內(nèi)后，用柴油噴射引燃，柴油和CNG的供給想需求量進(jìn)行匹配，降低原柴油的供給量，低負(fù)荷時(shí)空燃比過大，甚至導(dǎo)致失火，而在大負(fù)荷時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比沿用柴油機(jī)壓縮比，非常容易爆震，同時(shí)由于部分負(fù)荷柴油噴射量較小，噴油器的潤(rùn)滑和冷卻問題成為影響發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的新問題。這些都會(huì)降低汽車的保養(yǎng)和運(yùn)行費(fèi)用，提高汽車的經(jīng)濟(jì)性。 Match。而渦輪增壓技術(shù)能提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，提高動(dòng)力性，減少排放等。該混合氣體燃燒后鎖生成的有害氣體顯著低于汽油和柴油的，特別是當(dāng)代先進(jìn)的藍(lán)色動(dòng)力乘用車可以綜合降低各類廢氣污染排放量的8212%，其中，非甲烷碳?xì)浠衔锟山档?6%，碳?xì)浠衔锟偭拷档?0%，一氧化碳可降低87%，二氧化碳可降低20%30%，氮氧化合物可降低83%，鉛化物可降低100%，硫化物可降低70%以上。燃油稅開征后減半征收燃?xì)舛?。并且采用電控噴射、增壓中冷、高能點(diǎn)火，二元催化等發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的高新技術(shù)。 中冷器的冷卻方式按照冷卻介質(zhì)的不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩種。為適應(yīng)汽油機(jī)增壓的需要，KKK公司積極開展陶瓷渦輪和隔熱渦輪箱的研制開發(fā)工作，采用的新技術(shù)主要有。若把自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)改成同樣排量的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，因其空氣供應(yīng)充足，碳煙和CO的排放大幅度減少；由于燃燒充分，燃燒溫度升高，燃燒室的化學(xué)反應(yīng)更趨強(qiáng)烈，HC化合物的排放也會(huì)降低。第二章 渦輪增壓系統(tǒng)原理及選型 發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式有許多種，按照壓縮空氣時(shí)源動(dòng)力和渦輪增壓器結(jié)構(gòu)的不同，增壓方式可分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、氣波增壓、復(fù)合增壓等。它的作用是把渦輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成空氣的動(dòng)能和壓力能。作用在工作葉片表面壓力的合力，就形成了推動(dòng)工作輪旋轉(zhuǎn)地扭矩。徑流式渦輪的工作輪葉片一般都與輪盤做成一體。 ②在工作過程方面，采用二沖程，提高充量系數(shù)，改善燃燒過程，優(yōu)化空燃比。廢氣渦輪增壓器是由壓氣機(jī)和燃?xì)鉁u輪組成，壓氣機(jī)通常采用單級(jí)離心式、徑向葉輪和無葉擴(kuò)壓器，而燃?xì)鉁u輪的型式取決于增壓器的大小，小型渦輪增壓器的廢氣渦輪一般采用徑流式渦輪，大型廢氣渦輪增壓器則采用單級(jí)軸流式渦輪。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)增壓面臨著與汽油機(jī)增壓同樣的技術(shù)難題，其主要技術(shù)瓶頸在于爆燃、混合氣控制、熱負(fù)荷和增壓器的特殊要求等方面：（1）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后，由于進(jìn)氣溫度和壓力提高及燃燒受熱零件熱負(fù)荷升高等原因，將促使爆燃發(fā)生。燃?xì)馔ㄟ^渦輪噴嘴葉片時(shí)，根據(jù)柴油機(jī)外界負(fù)荷的變化來改變噴嘴環(huán)葉片的角度和當(dāng)量流通面積，使進(jìn)入渦輪葉片的氣流參數(shù)發(fā)生變化，從而達(dá)到渦輪增壓器與柴油機(jī)在各工況下有良好的匹配。方案：試驗(yàn)增壓器匹配試驗(yàn)分別在工況點(diǎn)3600 r/min、3200 r/min、2800 r/min、2400r/min、2000r/min、1600r/min、1200r/min、800r/min下的外特性點(diǎn)，在測(cè)量的過程中同時(shí)記錄天然氣消耗量、扭矩、功率，節(jié)氣門位置調(diào)到最大位置，根據(jù)工況點(diǎn)順序，發(fā)動(dòng)機(jī)由高速向低速進(jìn)行，依次調(diào)節(jié)WE33水力測(cè)功機(jī)系統(tǒng)改變負(fù)荷，使發(fā)動(dòng)機(jī)在每一工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行不少于1分鐘后，測(cè)量并記錄各個(gè)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程中以最高排氣溫度和最高增壓壓力為約束條件，考慮渦輪增壓器渦輪材料的耐溫限制，最高排氣溫度限制在720攝氏度以內(nèi)，并且考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷限制。VNT增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)隨著節(jié)氣門開度的增大，輸出功率增加，當(dāng)節(jié)氣門增大到50%時(shí)，輸出功率出現(xiàn)停滯時(shí)，逐漸減小廢氣渦輪噴嘴環(huán)葉片開度，使增壓器轉(zhuǎn)速上升，進(jìn)氣壓力提高，增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，全負(fù)荷輸出的最大功率可達(dá)56kw，在機(jī)械失功率變化不多的情況下，由于高負(fù)荷下增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率提高，因此機(jī)械效率提高，增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率降低。這里討論葉片擴(kuò)壓器與壓氣葉輪引起喘振的現(xiàn)象。隨著空氣流量進(jìn)一步減少，氣流的分離就愈加劇烈，當(dāng)氣流沖角i達(dá)到17176。開最小的油門啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，數(shù)秒內(nèi)就可建起工作油壓，但是令增壓器在好的潤(rùn)滑狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)熱是很有必要的。特別是近年來世界各國(guó)對(duì)汽車排放法規(guī)控制越來越嚴(yán)格與能源危機(jī)的雙重壓力，促使人們采用增壓及中冷技術(shù)來提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，降低車用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染，以達(dá)到更嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。 (2) e Braking: Dry surface is concrete, wet surface is low friction Jennite pad. Minimum stopping distance from 62 m