增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配

增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配

——應(yīng)用研究增壓器的初選聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)節(jié)Zinner圖熱負(fù)荷機(jī)械負(fù)荷當(dāng)前1頁，總共37頁。匹配對象優(yōu)化增壓器和發(fā)動機(jī)的聯(lián)合工作性能選擇壓氣機(jī)，以提供燃燒所需的適量空氣，并滿足：在低速、額定轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩位置有不錯的效率高海拔裕量合適的喘振邊界選擇渦輪機(jī)，以驅(qū)動壓氣機(jī)，并滿足：無廢氣放氣閥時兼顧低速高功率要求和最大氣缸爆發(fā)壓帶廢氣放氣閥時在盡可能低的排氣背壓下，優(yōu)化發(fā)動機(jī)的低速功率。2當(dāng)前2頁，總共37頁。匹配工作的組織最佳壓氣機(jī)最佳渦輪機(jī)滿足高海拔要求滿足機(jī)械強(qiáng)度要求滿足整機(jī)密封性要求性能開發(fā)目標(biāo)發(fā)動機(jī)規(guī)格發(fā)動機(jī)測試數(shù)據(jù)構(gòu)造數(shù)據(jù)壓氣機(jī)特性曲線渦輪機(jī)特性曲線滿足客戶需求的產(chǎn)品3當(dāng)前3頁，總共37頁。幾個階段1.初選（壓氣機(jī)）來自市場的開發(fā)目標(biāo)獲得充分的發(fā)動機(jī)和增壓器信息；確定從技術(shù)層面上考慮的候選增壓器2.計(jì)算聯(lián)合運(yùn)行線仿真分析增壓器和發(fā)動機(jī)匹配的外特性3.實(shí)驗(yàn)調(diào)整滿足排放法規(guī)條件下:低速動力性；燃油經(jīng)濟(jì)性；整車匹配：加減速響應(yīng)特性可靠性；定型產(chǎn)品認(rèn)證；生產(chǎn)一致性認(rèn)證；技術(shù)開發(fā)層面產(chǎn)品開發(fā)層面4當(dāng)前4頁，總共37頁。主要步驟搜集客戶數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)動機(jī)所需的空氣量Step1Step2按壓氣機(jī)條件修正流量Step3在壓氣機(jī)特性圖上標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)Step3基于功率平衡計(jì)算所需的渦輪Step4在渦輪機(jī)特性圖上標(biāo)出數(shù)據(jù)點(diǎn)Step4驗(yàn)證系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度Step5開始選擇壓氣機(jī)選擇渦輪機(jī)機(jī)械強(qiáng)度校核5當(dāng)前5頁，總共37頁。匹配方法概覽傳統(tǒng)方法手工繪制特性圖手工查找簡單計(jì)算信函傳送新方法計(jì)算機(jī)生成特性曲線圖計(jì)算機(jī)自動查找數(shù)據(jù)庫在計(jì)算平臺上進(jìn)行計(jì)算通過email或WWW傳送數(shù)據(jù)6當(dāng)前6頁，總共37頁。匹配方法當(dāng)前7頁，總共37頁。Step2-3,計(jì)算方法

(選擇壓氣機(jī))當(dāng)前8頁，總共37頁。計(jì)算步驟根據(jù)增壓度要求，計(jì)算目標(biāo)平均有效壓力peλ＝Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn)選取千瓦時空氣消耗量gk及k，計(jì)算gk/kgk＝Gk/Ne*3600(kg/kw.h)四沖程：5.85-7.5其中水冷：5.86-6.8,ge高和大時取大值，n大取小值根據(jù)pe和gk/k，查圖得到pk/p0由發(fā)動機(jī)參數(shù)計(jì)算容積流量iVhnk選定工況點(diǎn)一般用最常用工況點(diǎn)，如發(fā)動機(jī)70%和100%額定轉(zhuǎn)速最大負(fù)荷點(diǎn)9當(dāng)前9頁，總共37頁。查圖得到Gk在壓氣機(jī)特性曲線上標(biāo)出點(diǎn)（Gk，pk/p0)依據(jù)Gk＝10~30%Gk，選用最合適的增壓器10當(dāng)前10頁，總共37頁。計(jì)算公式的推導(dǎo)：

1)建立增壓后標(biāo)定點(diǎn)空氣量Gk和壓比pk/p0間的關(guān)系 0.9（氣門疊開角0-30CA） 1.0（…………50-70CA） 1.1（………100-140CA）k表征4沖程柴油機(jī)每分鐘容積流量的參數(shù)常數(shù)？11當(dāng)前11頁，總共37頁。（續(xù)）？12當(dāng)前12頁，總共37頁。2)為方便使用把iVhnk、pk/p0和Gk間的關(guān)系做成圖13當(dāng)前13頁，總共37頁。3)建立壓比pk/p0和平均有效壓力pe間的關(guān)系gk/k是建立強(qiáng)化程度和外在性能的橋梁常數(shù)14當(dāng)前14頁，總共37頁。4)為方便使用把pe、pk/p0和gk/k間的關(guān)系做成圖15當(dāng)前15頁，總共37頁。對3個關(guān)鍵點(diǎn)的檢查依據(jù)Gk＝10~30%Gk，選用最合適的增壓器16當(dāng)前16頁，總共37頁。求解聯(lián)合運(yùn)行線

（Step4:選擇渦輪機(jī)及優(yōu)化整機(jī)性能）當(dāng)前17頁，總共37頁。聯(lián)合運(yùn)行線反映了匹配運(yùn)行時的綜合情況，可用來判斷匹配是否合適外特性18當(dāng)前18頁，總共37頁。聯(lián)合運(yùn)行線計(jì)算過程概覽平衡條件功率平衡Nk=NT流量平衡GT=Gk+Gf轉(zhuǎn)速平衡nT＝nk計(jì)算方法－簡單迭代在壓氣機(jī)特性曲線上任取一點(diǎn)，得到Gk和pk根據(jù)平衡條件和發(fā)動機(jī)流通特性曲線等條件計(jì)算出新的平衡點(diǎn)（Gk’，pk’）迭代計(jì)算直到這一點(diǎn)平衡選取新的點(diǎn)重復(fù)上述步驟選5-6點(diǎn)得出一條聯(lián)合運(yùn)行線……19當(dāng)前19頁，總共37頁。求解平衡運(yùn)行線一、平衡條件1.功率平衡Nk=NT2.流量平衡3.轉(zhuǎn)速平衡nT=nk20當(dāng)前20頁，總共37頁。二、求解步驟確定已知條件大氣條件p0,T0;中冷器效率c；(中冷器冷卻水的平均溫度Tw，中冷器壓力損失△p；)渦輪噴嘴環(huán)出口面積F；渦輪出口平均直徑D；發(fā)動機(jī)參數(shù)。初選增壓器，得到壓氣機(jī)特性和渦輪特性在壓氣機(jī)特性曲線上按增壓器標(biāo)定轉(zhuǎn)速任取一點(diǎn)A，得到Gnp，pk/p0,nnp,k，求得Y求TkTk＝T0(Y＋1)(求中冷后的溫度Tk’和壓力pk’)Pk/p0GnpA21當(dāng)前21頁，總共37頁。(求冷卻后的折合流量)在渦輪機(jī)側(cè)：根據(jù)流量平衡，可以由Gk計(jì)算出GT，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取初始TT，可由上式計(jì)算出p0’/pT設(shè)排氣背壓p0’＝p0,得T＝pT/p0由T和nT（nnp）在渦輪流通特性圖上得到T22當(dāng)前22頁，總共37頁。核算GT是否一致，若不一致，重選TT，直到GT一致從渦輪特性曲線上得到T按前面公式求得X檢驗(yàn)功率是否平衡？在另一個nnp線上取點(diǎn)B，重復(fù)3-14步（柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變）；重復(fù)15,得到C，D，E，……，連接這些點(diǎn)就得到了柴油機(jī)在某轉(zhuǎn)速下的平衡運(yùn)行線。選另一個轉(zhuǎn)速，即可得其它平衡線Tu/c023當(dāng)前23頁，總共37頁。增壓器的調(diào)整與性能優(yōu)化當(dāng)前24頁，總共37頁。工況范圍和效率的不匹配現(xiàn)象25當(dāng)前25頁，總共37頁。實(shí)驗(yàn)調(diào)整方法整體不匹配時，更換增壓器（葉輪）需小范圍調(diào)整時，可調(diào)整擴(kuò)壓器、噴嘴環(huán)及發(fā)動機(jī)參數(shù)如進(jìn)排氣過程26當(dāng)前26頁，總共37頁。根據(jù)壓氣機(jī)葉輪參數(shù)可估算新的空氣流量27當(dāng)前27頁，總共37頁。1.壓氣機(jī)導(dǎo)流環(huán)的影響28當(dāng)前28頁，總共37頁。壓氣機(jī)葉輪參數(shù)的影響壓氣機(jī)葉片出口角度29當(dāng)前29頁，總共37頁。擴(kuò)壓器參數(shù)的影響有/無葉片時的變化30當(dāng)前30頁，總共37頁。擴(kuò)壓器參數(shù)的影響擴(kuò)壓器葉片入口角度1－2,入口角度減小，特性曲線繞原點(diǎn)向左側(cè)轉(zhuǎn)動擴(kuò)壓器葉片高度1－2,葉片高度減小，特性曲線大致平行向左移動31當(dāng)前31頁，總共37頁。噴嘴環(huán)參數(shù)的影響改變噴嘴環(huán)截面積不會影響壓氣機(jī)特性曲線面積減小將增大排氣能量，同時增大排氣阻力。因?yàn)楣β势胶?，壓氣機(jī)的增壓壓力將增大，從而使聯(lián)合運(yùn)行線左移。減小噴嘴環(huán)截面積是提高效率和增壓壓力的最有效方法。噴嘴環(huán)出口截面積32當(dāng)前32頁，總共37頁。綜合實(shí)驗(yàn)，Zinner圖排溫過高怎么辦？增壓壓力不足怎么辦？噴射定時改變時，增壓壓力會如何改變？流密變壓33當(dāng)前33頁，總共37頁。高壓EGR（柴油機(jī)）34當(dāng)前34頁，總共37頁。低壓EGR（柴油機(jī)）35當(dāng)前35頁，總共37頁。Step5,機(jī)械系統(tǒng)的匹配