【正文】 。FT— 渦輪當(dāng)量通流面積； 這說明采用可變截面渦輪可達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。從下圖所示的渦輪流量特性可看出：當(dāng)渦輪通流截面不變時(shí) (如 FT1線 )，隨燃汽流量 mT減少 (亦即相應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降 )，渦輪膨脹比 πT也逐漸下降，使增壓比 πk也隨之降低。盡管轎車汽油機(jī)增壓壓力不高，一般 π k≤ ，但由于轉(zhuǎn)速變化寬廣，采用可調(diào)截面渦輪增壓器是非常必要的。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬廣，若采用不變截面的渦輪增壓器，就很難實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)與渦輪增壓器的良好配合，需要采用渦輪增壓器的調(diào)節(jié)來解決問題?！　u輪增壓器的調(diào)節(jié)可改善發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器的匹配，從而改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性。4）向渦輪轉(zhuǎn)子噴射高壓油　利用專門裝置向渦輪轉(zhuǎn)子噴射高壓油 (壓力約 10MPa)，使轉(zhuǎn)子加速，縮短滯后時(shí)間，噴油時(shí)間由電磁閥控制。3） ? 2）向壓氣機(jī)葉輪噴射壓縮空氣　 利用車上的高壓氣源，在加速時(shí)通過壓氣機(jī)蝸殼上均勻分布的噴嘴向壓氣機(jī)葉輪噴射壓縮空氣 (壓力為 ～ )，這是比較方便的方法。能提高燃燒空氣利用率的措施都能改善加速性。減少氣門重疊角可以改善高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性和低負(fù)荷性能。一般來說，脈沖系統(tǒng)的加速性能最好，脈沖轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的次之，而定壓系統(tǒng)的較差?！u輪增壓器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量　 a. (2) 影響增壓發(fā)動(dòng)機(jī)加速性的主要因素 影響發(fā)動(dòng)機(jī)加速性的主要因素有以下幾種。煙度，即瞬態(tài)時(shí)的煙度大小。④ 　 承載能力，即在各種轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)承受突加負(fù)荷的能力。② 　　 評(píng)價(jià)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性即瞬態(tài)性能一般可從四個(gè)方面進(jìn)行分析：　 平均有效壓力 pe愈高 (如 pe＞ )，則加速性問題愈突出。發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性是指發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)特性。　 ⑤ 柴油機(jī)采用直噴式燃燒系統(tǒng)，盡可能加大活塞上燃燒室開口直徑，適當(dāng)增加氣閥重疊角，加大低速時(shí)的進(jìn)氣渦流，采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)等都對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性有利。 　　　 ③ 采用渦輪增壓器的調(diào)節(jié)方法，可有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩性能。燃燒室型式　 一般來說，渦輪增壓柴油機(jī)采用直噴式燃燒室的扭矩特性較好，半開式燃燒室次之，而球形燃燒室的較差 (因?yàn)樗鼘?duì)充氣比較敏感 )。g.同一系列的發(fā)動(dòng)機(jī)， 12缸機(jī)比 8缸機(jī)的扭矩特性好， 6缸機(jī)的比 4缸機(jī)的 Jm要高些，這是 3缸連接一根排氣管時(shí)，脈沖能量利用較好的緣故。氣缸數(shù)的影響　 e.實(shí)際選擇的設(shè)計(jì)點(diǎn)往往是在上述二者之間，一般推薦的設(shè)計(jì)點(diǎn)轉(zhuǎn)速為 nD=(～ )ne(額定轉(zhuǎn)速 )。因?yàn)?ηTk高時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)可得到較高的 pk值和較大的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣壓差，從而可保證較高的扭矩。渦輪增壓器效率 ηTkc.在 pe相同的情況下，選擇的 pk值愈高，則 Jm的值也愈大，也是由于 α增加的緣故。b.如果能采取措施，使發(fā)動(dòng)機(jī) pe提高的同時(shí)使α幾乎保持不變或有所增加，則 Jm的變化就不同了。如 12V150發(fā)動(dòng)機(jī)與 CAV24增壓器匹配時(shí)，在 特性上 Jm=，而在 478kW外特性上為 ?！?要進(jìn)一步改善扭矩特性，一般可采用渦輪增壓器的調(diào)節(jié)措施，或采用復(fù)合增壓系統(tǒng)。J　　如果采用渦輪增壓器的調(diào)節(jié)措施，則可得到較為理想的扭矩特性，即 Jm=～ 。Me pb，可見增壓后最高燃燒壓力將顯著增大。f. 改善供油系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng) 調(diào)整供油規(guī)律：供油量增加后，加粗柱塞直徑、控制噴射持續(xù)期，增加噴孔數(shù)或噴孔直徑，油泵凸輪型線；保證滯燃期內(nèi)噴油適度，速燃期內(nèi)燃燒平穩(wěn)，合理的壓力升高比； 促進(jìn)燃燒室內(nèi)油、氣混合： 合理調(diào)整供油提前角： 增加過量空氣系數(shù)； 增壓柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷及解決途徑（ 1） 增壓柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷問題 柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷是由最高燃燒壓力 pemax和最大壓力升高比 λ來反映的，即使是低增壓度增壓系統(tǒng)，增壓后進(jìn)氣壓力 pb比非增壓要高出 ～ ，最高燃燒壓力pemax和壓氣機(jī)出口壓力 關(guān)系式： pemax=λεn（ 2）影響熱負(fù)荷大小的主要因素 a. 掃氣系數(shù)，氣門重疊角； b. 壓氣機(jī)出口溫度； c. 工作過程的合理組織；（ 3）降低熱負(fù)荷的主要措施 a. 適當(dāng)增大進(jìn)、排氣門重疊角 b. 增大疊開期內(nèi)的進(jìn)、排氣壓差：進(jìn)氣管設(shè)計(jì)； c. 增大進(jìn)、排門的時(shí)間－截面； 合理設(shè)計(jì)配氣凸輪；擴(kuò)大進(jìn)排氣門面積；增加搖臂比 d. 增壓中冷； e. 強(qiáng)化冷卻系統(tǒng)，包括： 改善冷卻系統(tǒng)工作條件：水泵流量、轉(zhuǎn)速；散熱器散熱面積；風(fēng)扇直徑、轉(zhuǎn)速；風(fēng)扇葉片角等； 改善機(jī)油冷卻條件：機(jī)油泵容量、散熱面積； 中速機(jī)鉆孔冷卻缸蓋上部及缸蓋； e. 增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷及解決途徑（ 1）增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷問題 壓縮始溫的增加，必然造成柴油機(jī)工作循環(huán)各特征點(diǎn)溫度相應(yīng)提高，循環(huán)供油量增加后，雖然用于轉(zhuǎn)變有用功的熱量增加，但損失的熱量也相應(yīng)增加?！　∫话?Ts升高 1K，則 TT可能會(huì)升高 2～ 3K。　　 柴油機(jī)進(jìn)氣溫度對(duì)排氣溫度影響較大。　 ③ 增加循環(huán)供油量，延長供油持續(xù)時(shí)間，減小供油提前角都可能后燃 ↑→ TT↑ ；　 ④ 噴油壓力不足，霧化不良，油氣混合不好，均使燃燒惡化 → TT↑ ?！?② 減少掃氣重疊角；如果 增加氣門重疊角可增強(qiáng)掃氣效果 →η v↑→T T↓→g e↓。渦輪前燃?xì)鉁囟鹊恼{(diào)整：兩者都不行， TT應(yīng)合適才行。 (3)但前者浪費(fèi)廢氣能量，后者浪費(fèi)了渦輪功，兩者均使經(jīng)濟(jì)性降低。 當(dāng)柴油機(jī)按最大扭矩點(diǎn)選配渦輪增壓器時(shí)，為防止標(biāo)定工況時(shí)出現(xiàn)增壓器超速，通?？刹扇。骸? ① 在渦輪前安置一個(gè)放氣閥 → mg↓ ；　 ② 在壓氣機(jī)出口旁通一部分 → mL↓ ?！?　（ 2）渦輪增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力的調(diào)整　　 pk∝ nTk，因此， nk和 pk的調(diào)整方法是一致的。pT↓， g.f.TT↑，喘振可能是中冷器阻力過大引起的。pT↓,(pk－ ps)↑,d.c.b.nTk、 pk、 pT、 pT0、 TT值均正常，如發(fā)生喘振，可能是壓氣機(jī)和渦輪匹配不當(dāng)，即壓氣機(jī)喘振流量太大或渦輪的通流能力太小。a.在渦輪增壓柴油機(jī)中，往往情況較復(fù)雜，需要根據(jù)所測(cè)參數(shù)值進(jìn)行綜合分析判斷。④ 　 如果是在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)喘振，則可能是由于污染而引起的，導(dǎo)致運(yùn)行線穿越喘振線，這時(shí)應(yīng)清洗污垢，減小流通阻力。柴油機(jī)方面的原因引起壓氣機(jī)喘振?！?③ 如下圖所示，運(yùn)行線 B的渦輪噴嘴喉口面積比運(yùn)行線 A的要大。使渦輪不能通過壓氣機(jī)在正常工作狀態(tài)下所提供的空氣流量，致使壓氣機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)。增壓器和柴油機(jī)的流量不匹配，增壓器的流量偏大，這時(shí)可選小一點(diǎn)型號(hào)的渦輪增壓器，使運(yùn)行線脫離喘振線?！?① 壓氣機(jī)喘振的調(diào)整　 聯(lián)合運(yùn)行線太靠近甚至穿過喘振線時(shí)，柴油機(jī)容易落入不穩(wěn)定工作區(qū)。 渦輪增壓柴油機(jī)的運(yùn)行范圍 　 渦輪增壓器與柴油機(jī)配合特性線的調(diào)整(1)　　　　根據(jù)上述限制因素，可繪制出渦輪增壓柴油機(jī)的運(yùn)行范圍，如下圖：希望在圖中傘形區(qū)域內(nèi)工作，且盡量靠近喘振線與喘振線平行工作（這里 η k較高），但尚需留有一定的余地?！∏€ 4是按螺旋槳特性工作的運(yùn)行線。這時(shí)保持噴油量為最大值，隨著 n↓→ mT↓→ πk、 pk↓ ，但這時(shí)循環(huán)供油量仍保持最大值，故排溫 TT較高 → nTk和 pk下降相對(duì)地較緩慢，故 n↓→ mk↓。 Pe受到排氣冒煙極限的限制，而且pe↑→ 運(yùn)行線愈接近喘振線，此時(shí)應(yīng)防止其穿過喘振線而落入不穩(wěn)定工作區(qū)。曲線 2是柴油機(jī)最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行線。　 曲線 1是柴油機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的等轉(zhuǎn)速線。分析匹配情況的主要方法是將柴油機(jī)的流量特性線疊合到離心式壓氣機(jī)特性線上去，根據(jù)兩組特性線的相對(duì)位置來進(jìn)行分析研究?！?若已知： mTm/(αTFT)、 TTm、 pT0、 ηT、 ηk、 η′m等值，則可從第三象限開始按圖中虛線順序找到壓氣機(jī)所能達(dá)到的 πk值（ Ⅲ→Ⅳ→Ⅰ→Ⅱ ）；　 如果所查到的 πk值不能滿足要求，則可從第二象限以所要求的 πk值開始，按上述相反方向，找出相應(yīng)的當(dāng)量噴嘴面積 FT作為進(jìn)一步調(diào)整的依據(jù)（Ⅱ→Ⅰ→Ⅳ→Ⅲ ）。按照這兩個(gè)方程繪成， 能方便地確定平衡運(yùn)行點(diǎn)。 根據(jù)流量平衡，通過渦輪的流量為：式中， αT—— 脈沖系統(tǒng)流量縮小系數(shù)，對(duì)于定壓渦輪增壓系統(tǒng)，αT=1。 根據(jù)功率平衡，得 :式中， β—— 脈沖渦輪功率放大系數(shù)， β=KEKη，對(duì)于定壓渦輪， β=1。功率平衡 NT=Nk 渦輪增壓器與柴油機(jī)配合運(yùn)行點(diǎn)的確定 渦輪增壓器平衡運(yùn)行的條件：（ 2） 內(nèi)燃機(jī)與渦輪的匹配 　　 內(nèi)燃機(jī)與渦輪匹配是否良好主要看渦輪流通能力的選擇是否合適 。 不同用途的內(nèi)燃機(jī)對(duì)壓氣機(jī)特性的要求是不同的，對(duì)于發(fā)電用的固定式內(nèi)燃機(jī)和按螺旋槳特性工作的船用內(nèi)燃機(jī)，一般的壓氣機(jī)特性均能滿足要求，而車用內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍寬廣，要求相相應(yīng)的壓氣機(jī)應(yīng)具有寬廣的流量范圍和較寬的高效區(qū)。內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器的匹配包含三個(gè)方面，即內(nèi)燃機(jī)與壓氣機(jī)的匹配、內(nèi)燃機(jī)與渦輪的匹配，以及壓氣機(jī)與渦輪的匹配。 內(nèi)燃機(jī)與渦輪、壓氣機(jī)的匹配 第八章 渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的配合特性 為內(nèi)燃機(jī)匹配渦輪增壓器一般應(yīng)滿足下列要求 。μT再根據(jù)渦輪通流特性計(jì)算出有效渦輪當(dāng)量通流面積： T ： 采用幾何當(dāng)量噴嘴面積 F39。其他參數(shù)均已知，故可確定 PT值 有了排氣流量 mT、渦輪前排氣平均壓力 pT和溫度 TT就可以估算渦輪流通面積。為了保證柴油機(jī)掃氣， pT應(yīng)低于 ps值 (即低于 pk值 )。 p′ 0—— 渦輪排氣壓力。NkNT(5) 渦輪進(jìn)口排氣壓力 pT則： 在估算時(shí)，可取 mT=(1~)mk。L′0=,gf式中， gf—— 每秒與一個(gè)增壓器連接的氣缸燃油消耗量， mT=當(dāng) Ts(273+70)K時(shí)，一般可不設(shè)中冷器。 Ts=Tk－ ΔTzk(5－ 5)(3) 增壓空氣溫度 Tkpk/pe＝ ～ ； 二沖程柴油機(jī)的 pk/pe＝ ～ ； (5－ 4)(5－ 2)式中， Δpzk— 中冷器內(nèi)壓降，一般 Δpzk不超過 5～ 6kPa。pk=ps+Δpzk αφ s是總過量空氣系數(shù)，一般通過能量平衡方程式來 估算。確定增壓參數(shù)的合理順序應(yīng)該是：先從考慮柴油機(jī)可靠性和壽命（熱負(fù)荷）出發(fā)，定下渦輪前的排氣溫度 TT，根據(jù)定出空氣流量 mk，再根據(jù)柴油機(jī)的通流特性確定增壓壓力 pk，然后根據(jù)渦輪增壓器的總效率確定渦輪前的平均排氣壓力，并初步確定渦輪的通流面積。空氣流量 mk(kg/s)或容積流量 Vα(m3/s)。（ 7） 對(duì)過量空氣系數(shù)的影響；（ 5） 對(duì)掃氣系數(shù)的影響；（ 3） 對(duì)熱應(yīng)力有關(guān)參數(shù)的影響；（ 1） 增壓對(duì)柴油機(jī)工作過程主要參數(shù)的影響 左右，較小的 θ 角，可對(duì)其上游的氣體起到較好的引射作用，有利于上游氣缸的掃氣。 一般可選取 f=~。 MPC系統(tǒng)的能量傳遞效率與脈沖系統(tǒng)的相當(dāng)。由于引射器本體的容積非常小，噴嘴對(duì)排氣總管與引射器本體之間起了動(dòng)力隔離作用，一方面使氣缸排氣初期的脈沖壓力不會(huì)直接傳到排氣總管，干擾其他缸的掃氣；另一方面，可使引射器內(nèi)的壓力能迅速跟上氣缸內(nèi)壓力的變化，減少氣流在排氣門處的節(jié)流損失。MPC模件MPC增壓系統(tǒng) MPC系統(tǒng)的工作原理是： 當(dāng)氣缸排氣門打開后，廢氣即流入引射器，并在其中被加速，以較高的氣流速度流向總管，壓力明顯下降，減少了總管中的壓力波動(dòng)。一端封閉，另一端通向渦輪進(jìn)口，向渦輪定壓供氣。MPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種串接式排氣管系統(tǒng)，每個(gè)氣缸在其出口處接一個(gè)模件（如圖所示）。 模件式脈沖轉(zhuǎn)換器 MPC系統(tǒng) 由于脈沖轉(zhuǎn)換器要有一個(gè)容積較大的穩(wěn)壓，且要進(jìn)行兩次能量轉(zhuǎn)換 (壓力能 → 動(dòng)能，動(dòng)能 → 壓力能 )，伴隨很大的流動(dòng)損失。在混合管中會(huì)產(chǎn)生膨脹波，傳到先期排氣 (即速度較慢 )的支管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的壓力降而產(chǎn)生引射作用，從而避免了相鄰