第三章增压器与内燃机的匹配.ppt

第三章：增压器与内燃机的匹配 匹配原则和基本方法 车用内燃机增压特点 增压器与内燃机的匹配——应用研究 增压器的初选 联合运行线的调节 Zinner图 热负荷 机械负荷 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气，并满足： 在低速、额定转速和最大转矩位置有不错的效率 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： 无废气放气阀时 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，优化发动机的低速功率。 匹配工作的组织 几个阶段 主要步骤 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 匹配方法 Step 2-3, 计算方法(选择压气机) 计算步骤 根据增压度要求，计算目标平均有效压力pe λ＝?Ne/Ne0；pe=120Ne/(iVhn) 选取千瓦时空气消耗量gk及?k，计算gk/ ?k gk ＝Gk/Ne*3600 (kg/kw.h) 四冲程：5.85-7.5 其中水冷：5.86-6.8, ge高和?大时取大值， n大取小值 根据pe和gk/ ?k，查图得到pk/p0 查图得到Gk 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 （续） 2) 为方便使用把iVhn?k、pk/p0和Gk间的关系做成图 3) 建立压比pk/p0和平均有效压力pe间的关系 4) 为方便使用把pe、pk/p0和gk/?k间的关系做成图 求解联合运行线（Step 4: 选择涡轮机及优化整机性能） 联合运行线 联合运行线计算过程概览 平衡条件 功率平衡 Nk = NT 求解平衡运行线 一、平衡条件 1.功率平衡 Nk=NT 2.流量平衡 3.转速平衡 nT=nk 二、求解步骤 确定已知条件 大气条件p0,T0;中冷器效率?c；(中冷器冷却水的平均温度Tw，中冷器压力损失△p；)涡轮喷嘴环出口面积F；涡轮出口平均直径D；发动机参数。 初选增压器，得到压气机特性和涡轮特性 在压气机特性曲线上按增压器标定转速任取一点A，得到Gnp，pk/p0,nnp, ?k，求得Y 求Tk Tk＝T0(Y＋1) (求中冷后的温度Tk’和压力pk’) (求冷却后的折合流量) 在涡轮机侧： 根据流量平衡，可以由Gk计算出GT，然后根据经验数据选取初始TT，可由上式计算出p0’/pT 设排气背压p0’＝p0,得 ?T＝pT/p0 由?T和nT（nnp）在涡轮流通特性图上得到 核算GT是否一致，若不一致，重选TT，直到GT一致 从涡轮特性曲线上得到?T 按前面公式求得X 检验功率是否平衡？ 在另一个nnp线上取点B，重复3-14步（柴油机转速不变）； 重复15,得到C，D，E，……，连接这些点就得到了柴油机在某转速下的平衡运行线。选另一个转速，即可得其它平衡线 增压器的调整与性能优化 工况范围和效率的不匹配现象 实验调整 方法 整体不匹配时，更换增压器（叶轮） 需小范围调整时，可调整扩压器、喷嘴环及发动机参数如进排气过程 根据压气机叶轮参数可估算新的空气流量 1. 压气机导流环的影响 压气机叶轮参数的影响 压气机叶片出口角度 扩压器参数的影响 扩压器参数的影响 喷嘴环参数的影响 改变喷嘴环截面积不会影响压气机特性曲线 面积减小将增大排气能量，同时增大排气阻力。因为功率平衡，压气机的增压压力将增大，从而使联合运行线左移。 减小喷嘴环截面积是提高效率和增压压力的最有效方法。 综合实验，Zinner图 排温过高怎么办？ 增压压力不足怎么办？ 喷射定时改变时，增压压力会如何改变？ 高压EGR（柴油机） 低压EGR（柴油机） Step 5, 机械系统的匹配 热负荷、影响因素 空气压缩后温升60-80°C 循环供油量增加，放热量增大，机油、水温和排温提高 气缸盖“鼻梁骨”断裂、活塞环烧结、活塞烧裂；涡轮转子叶片断裂等 衡量指标： 排气温度 影响因素 热负荷、措施1 热负荷、措施2 机械负荷、措施 表征 最高燃烧压力pmax和压力升高率（?p/??）max Pmax=??npk (?:压力升高率，1.3-2.2) (?:压缩比，12-20) (n:多变指数，1.35-1.37) (?＝2,?＝16,n＝1.36,则pmax＝86.8pk） 措施 有/无叶片时的变化 扩压器叶片入口角度 1－2, 入口角度减小，特性曲线绕原点向左侧转动 扩压器叶片高度 1－2,叶片高度减小，特性曲线大致平行向左移动 喷嘴环出口截面积 流密 变压 循环供油