【文章內(nèi)容簡介】 比稱為壓氣機增壓比，增壓比相同時，理論上所需的壓縮功與實際消耗的機械功之比稱為壓氣機效率。壓氣機可分為離心式與軸流式兩大類，兼有兩類特點的稱為混合式壓氣機。按氣流流入壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的相對速度，壓氣機又可分為亞音速的、跨亞音速的和超音速的三種。 匹配方法：壓氣機與渦輪的匹配主要考慮兩者之間的平衡問題, 即兩者之間的平衡條件為:(1)壓氣機和渦輪轉(zhuǎn)速相等。(2)當單獨運行的渦輪增壓器在管道無泄露時,通過渦輪廢氣質(zhì)量流量等于空氣質(zhì)量流量與燃氣質(zhì)量流量之和。(3)在增壓器穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時, 渦輪輸出的功率應等于壓氣機消耗的功率及機械損失功率之和。根據(jù)這三個平衡條件完成壓氣機與渦輪的匹配。根據(jù)增壓發(fā)動機的要求,選取設計工況點的參數(shù)、n、之后,參考同類柴油機的絕熱壓縮效率、柴油機的空氣比耗量、充氣系數(shù)與掃氣系數(shù) 之積等值。然后在增壓壓力比系列曲線圖( 增壓器生產(chǎn)廠家提供或可查相關(guān)設計手冊),找出接近值的增壓壓力比曲線,并根據(jù)該圖上與值,查出相應的值。然后找出接近值的空氣流量曲線,并在該圖上根據(jù)值及燃氣發(fā)動機的特征參數(shù)Z、的值,查出值。再由、值并考慮所配套燃氣機的用途,在增壓器生產(chǎn)廠家提供的壓氣機性能曲線中找出合適的壓氣機型號,并查出設計工況點的及值。 壓氣機的主要參數(shù)： 任何一個壓氣機的工作情況都由四個參數(shù)決定，即 1)流過壓氣機的空氣流量。 2)壓氣機的轉(zhuǎn)速。 3)壓氣機的進口總壓；4)壓氣機的進口總溫； 當這四個參數(shù)獨立變化時，壓氣機的性能也隨之變化，如果這四個參數(shù)固定不變，則壓氣機的工作狀態(tài)也就完全確定了。所以將這四個參數(shù)稱為壓氣機的工作參數(shù)，而表征壓氣機特性的參數(shù)是增壓比πk。和等嫡效率ηk。 對于壓氣機消耗的功率，根據(jù)四沖程渦輪增壓柴油機的通流特點,假定氣流為一元準穩(wěn)定流動氣流,，增壓柴油機的渦輪增壓匹配技術(shù)是一個相當重要而又復雜的問題,因為它不但影響增壓器的運行,在渦輪增壓柴油機正常運行時,渦輪增壓器中的壓氣機與渦輪要滿足以下的能量平衡關(guān)系： (41)由式（41）可以看出, 要使壓氣機與渦輪保持能量平衡,除要求高的渦輪增壓器總效率外, 還要求一定的及值, 而它們的組合又影響渦輪進口的溫度. 由式（41）整理可得: (42)假定通過增壓器的氣流為一元準穩(wěn)定流動氣流, 并近似認為:；且則（42）式變?yōu)椋? （43）式（43）表明。當進氣溫度恒定時，/值（即的大?。Q定于壓氣機壓力比，渦輪膨脹比以及渦輪增壓總效率。顯然，渦輪進口溫度的大小，也取決于與的比值，考慮到（為中冷器的進氣阻力），當發(fā)動機運行工況穩(wěn)定時, 的大小與進入氣缸的空氣量及充氣效率有關(guān)，而及則表征進入渦輪的氣流參數(shù),，顯然/的大小與發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)性能以及發(fā)動機的運行參數(shù)有關(guān). 掃氣壓比與增壓系統(tǒng)及運行參數(shù)的關(guān)系 根據(jù)增壓柴油機的通流特點, 由于渦輪增壓器的渦輪裝在柴油機排氣總管的出口上, 為便于計算和進行增壓匹配性能的比較, 渦輪進口溫度和壓力可以認為是排氣總管內(nèi)的平均溫度和壓力，在增壓柴油機進氣系統(tǒng)尺寸已經(jīng)確定的情況下進入發(fā)動機的空氣流量為： (44)根據(jù)相關(guān)文獻，查得： （45）式中，為阻力系數(shù)，它與有關(guān)，為通流系數(shù)，它與，有關(guān)，而通過渦輪的流量為： (46）這里，假設=，這上述的關(guān)系可以表示為： (47)再假設= ，并利用，并將其帶入（47），經(jīng)整理得： (48)考慮到進氣過程中進氣門的進氣馬赫數(shù)為： （49）式中：為氣門處的平均音速，即，為流量系數(shù)。再把式（49）代入式（48）， 可得到以下關(guān)系式 (410)由(410)可以看出，不僅僅與進排氣系統(tǒng)部件的幾何尺寸和渦輪噴嘴環(huán)尺寸有關(guān),，還與增壓匹配的運行參數(shù)，以及進氣門進氣馬赫數(shù)有關(guān)，上式既包括了增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)又包括了增壓配合的熱力學參數(shù)。 由內(nèi)燃機原理得知：ηv與Ms的關(guān)系如下：,當進行增壓匹配參數(shù)的優(yōu)化時,Ms越小的值就越大。渦輪噴嘴環(huán)面積與活塞頂面積F之比是渦輪增壓匹配的一個重要參數(shù)/F與渦輪進口溫度及掃氣壓比都有關(guān)系,從式(10)可看出,當其他參數(shù)不變而變小時,因此增壓匹配就達不到良好的效果。顯然,在發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和氣門尺寸已定,發(fā)動機運行工況也已確定的情況下,在很大程度取決于渦輪噴嘴環(huán)的尺寸及渦輪進口溫度,亦即若已定,則的大小會影響,從而影響增壓器總效率。 柴油機渦輪增壓器的匹配普通渦輪增壓器與柴油機的匹配是根據(jù)發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)，壓氣機和渦輪特性，設計點性能指標(轉(zhuǎn)速、平均有效壓力、比油耗、排溫)等來進行的，可建立如下匹配模型:（1）為使噴入柴油機的燃油更好的燃燒，可先假定一個合理的過量空氣系數(shù)，其值的選取可參照同類己投入運行柴油機在油耗率、排放都較低時的過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)選取，根據(jù)柴油機運行功率，估算空氣質(zhì)量流量及燃氣質(zhì)量流量: 由柴油機原理可得： （411）式中：—燃油消耗質(zhì)量流量 kg/s —過量空氣系數(shù) —掃氣系數(shù) —理論空燃比 在無旁通裝置時，通過渦輪的燃氣流量功:就等于排氣流量，即為空氣流量和燃油消耗量之和，即： （412）（2）選取一定的增壓壓力，估計渦輪前的壓力，作初值進行工作過程計算：對于增壓壓力的選取，先由發(fā)動機轉(zhuǎn)速n，計算充入氣缸的空氣容積流量： （413）式中：—充入氣缸的空氣容積流量 —發(fā)動機轉(zhuǎn)速 —與一臺壓氣機相連的氣缸數(shù) —氣缸工作容積 —沖程數(shù)，四沖程為4，二沖程為2 —充氣系數(shù)，對四沖程柴油機，~它隨增壓壓力的升高而略有升高，假定它在這一范圍內(nèi)與增壓壓力成正比，由此帶來的誤差很小。由上式與（411）聯(lián)立可得： （414）再由氣體狀態(tài)方程，充入氣缸的空氣壓力為： （415）其中為氣缸入口處的溫度（3）求渦輪前的滯止溫度：定壓增壓系統(tǒng)中，柴油機排氣總管中的平均溫度即為渦輪前的燃氣平均溫度，因此可由柴油技工作循環(huán)的熱平衡方程求算渦輪前的燃氣平均滯止溫度。工作循環(huán)中加入的熱量為燃料的化學能及吸入增壓空氣的熱量成；指示功、與外界的傳熱量，系統(tǒng)內(nèi)所儲存能量的增加為0，用熱力學第一定律，并考慮到中冷器的傳熱量，可得： (416)式中，—渦輪前燃氣的平均滯止溫度 —循環(huán)指示功 —每循環(huán)工質(zhì)通過氣缸壁的傳熱量 —每循環(huán)工質(zhì)通過排氣管壁的傳熱量 —空氣定壓比熱容 —燃氣定壓比熱容（4）由及在壓氣機特性曲線上確定運行點，得到壓氣機等嫡效率和增壓器轉(zhuǎn)速。增壓比由，求得。（5）估計渦輪前的壓力，的初值可由下式來估??； （417） 大氣溫度 渦輪增壓器綜合效率 渦輪增壓器綜合效率由膨脹比,和轉(zhuǎn)速,計算渦輪的速比通常把工作葉柵的輪周速度u與噴嘴出口的氣流速度的比值稱為速度比： （418）由能量守恒方程及等熵理論，得到噴嘴出口理論出口速度為： （419） (420)—渦輪前燃氣絕熱指數(shù)—重力加速度—工作葉輪平均直接（6）由，在渦輪特性曲線上尋找運行點，得到渦輪等熵效率和流量數(shù).(7) 根據(jù)增壓器能量平衡方程式： （421）式中：—渦輪增壓器的綜合效率 軸流渦輪特性圖 （8）將與比較，如果,說明渦輪提供的能量偏小，此時應減小渦輪流動截面,以使渦輪前的壓力升高，因此可根據(jù)渦輪功和壓氣機功的差值來修正，將的修正值代替原來的初值，重新計算，直到渦輪增壓器的能量平衡和質(zhì)量平衡都滿足為止。（9）以滿足能量平衡的和滿足能量平衡的，按下式求得渦輪增壓器幾何流動截面 （422）式中：—渦輪進氣口氣體密度，可由進氣口參數(shù)得到（10）確定后 ，還需檢查最后計算的性能參數(shù)與設計點規(guī)定的性能參數(shù)是否相等，如不符，改變供油量，并重復整個計算過程直到全部滿足為止。 軸流式渦輪的流量特性圖柴油機的功率和轉(zhuǎn)化燃料熱能的多少與供入氣缸內(nèi)空氣的充量成正比．在氣缸容積和柴油機轉(zhuǎn)速不變的條件下，空氣充量與空氣密度成正比。因此，對進入氣缸前的空氣進行預壓縮以提高柴油機的功率，即增加渦輪增壓器。該項技術(shù)得到了廣泛的應用。渦輪增壓器的使用通過提高柴油機的機械效率、指示功率和改善燃燒過程來改善柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能。但同時加重了柴油機的機械負荷和熱負荷，所以匹配渦輪增壓器需要在二者之間尋找最佳折中。渦輪增壓器是利用柴油機排出的部分廢氣能量，通過渦輪驅(qū)動壓氣機使空氣增壓的裝置。目前,渦輪增壓器已成為獨立的、標準的部件，其型號、規(guī)格的系列化和變形產(chǎn)品基本上涵蓋了柴油機的所有需求。除非在一些特殊場合需要自行研制增壓器外。大多數(shù)屬于匹配中的選擇。常用的匹配方法有圖解法和模擬計算法。圖解法是根據(jù)柴油機與渦輪增壓器的不同參變量制成的圖族線，依據(jù)它們的不同運行參數(shù)，在圖族線上找出它們的平衡點，即匹配點(設計點)，以及不同工況下(如外特性)的運行線。圖解法具有簡單、醒目的特點。當參數(shù)變化(如渦輪增壓器的某些參數(shù)、環(huán)境條件、柴油機轉(zhuǎn)速、負荷等)不涉及到缸內(nèi)工作過程時，利用聯(lián)合運行的圖解法最方便。模擬計算法是利用專門的匹配程序在電子計算機上進行匹配的模擬計算。它可對不同渦輪增壓器參數(shù)以及柴油機的調(diào)整作出比較，特別是在參數(shù)的變化涉及到缸內(nèi)工作過程和排氣能量變化時能很快算出結(jié)果。中小型柴油機渦輪增壓強化時, 由于管路簡單、費用低, 故通常都采用直接配試法, 即根據(jù)估算出的增壓后所需的空氣量增壓比來初選增壓器, 直接配機。然而, 柴油機、增壓器這兩元件的任一元件結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化, 均影響到它們的工作參數(shù)。有時, 增壓柴油機性能上所發(fā)生的問題, 是因增壓器引起的, 還是因柴油機引起的, 較難辨別。其中存在著對某一元件的調(diào)整要達到預期的效果, 卻被所帶來的另一元件工作參數(shù)的變化所干擾, 從而使得現(xiàn)象復雜起來了。 a．初選增壓器，可用以下通常的計算法或圖表法, 確定增壓后柴油機所需要的壓比和空氣量。 計算法：…………………… （423）————————…………………………………… （424）—————大氣狀態(tài)20攝氏度，=——（273+60~70）,低，中增壓取60~70圖表法：由空氣比好量概念，代入及 (425)得：……………………………………………… （426）——小時——掃氣重疊角（425）式中系由壓氣機絕熱效率公式求得,: （427） ：壓氣機絕熱效率，增壓度高，高、轉(zhuǎn)速低時分別取的高限值，根據(jù)（425），（426）給出一些列值，列