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1、2020 6 5 1 涡轮增压器与发动机匹配介绍 2020 6 5 2 1 概述 所谓柴油机与增压器匹配 严格说应是柴油机和增压系统 包括与增压有关的零部件 的匹配 即柴油机和增压器的空气压力 流量等参数合理匹配 使柴油机的性能指标 油耗率 排气温度 排放物等 达到最优 工作可靠 2020 6 5 3 增压匹配的内容包括以下方面 压气机 燃气涡轮 排气管 进气管 中冷器 空滤器 消声器 进排气凸轮轴型面 配气相位 运转参数 工况 环境参数 气温气压 2020 6 5 4 这种匹配如果搞的不好 将引起以下后果 油耗率高 排气温度高 烟大 排放物多 增压器喘振 涡轮叶片断裂等 例190系列柴油机研
2、制中迂到以下问题 不增压820马力 增压后700马力 经在匹配上改进 由700马力900马力1100马力1400马力 由无叶有叶减小fc加长喷嘴环叶片调fc8v四脉冲比双脉冲油耗率高5g kWh 排气温度高30 功率低130kW双脉涡轮断叶片 70h左右 2020 6 5 5 2020 6 5 6 2020 6 5 7 4 合适的压比 足够的流量 高的效率压比 考虑流量 爆压 排放等因素 根据经验选取 根据和pe的对应关系根据计算 己知流量 流量 根据经验 一般5 5 5kg psh 低于4 8kg psh排温太高 统计几种机型为5 32 5 8kg psh根据计算 己知压比 目前在匹配时有两
3、种作法 低压比大流量 用在对排放 爆压 排温要求高 体积 加速性要求不太高情况 高压比小流量 用在对排放 爆压 排温要求不太高 体积 加速性要求高情况 2020 6 5 8 5 从进排气压力稳态参数分析扫气效果衡量 看进排气压力曲线交叉点位置 如图 4 图 4 交叉点在50 额定负荷以下为宜 2020 6 5 9 6 从瞬态参数分析 扫气期间不倒灌 气缸压力大于排气管压力而小于进气管压力 进气压力不波动为宜 如图 5 图 5 进气压力波动不大于5 排气管压力上升 下降要快 下降后无反射波 2020 6 5 10 3 各因素对增压匹配的影响及调整方法柴油机和压气机 柴油机对压气机的要求 压气机效
4、率要高 因为压气机效率高 在一定压比下 空气流量大 压气机后气温低不同用途的柴油机要求压气机效率曲线形状不同 按负荷特性 推进特性工作的柴油机 希望效率曲线园圈在纵斜方向长一些 而对于按外特性工作的柴油机 则希望效率曲线园圈在横斜方向长一些 高效区要宽广 匹配时使最大扭矩点落在高效区 如图 6 所示 2020 6 5 11 有一定的喘振裕度 2020 6 5 12 调整如柴油机耗气曲线在高效区右边 如图 7 说明增压器流量小 将使柴油机排气温度升高 此时可采取三方面措施 选大一号增压器 加大压气机流通部分尺寸 如加大进口直径 或加大叶轮宽度 如是叶片扩压器 则应减小扩压器流通截面积或减小无叶扩
5、压器宽度 2020 6 5 13 如柴油机耗气曲线在高效区左边 如图 8 说明增压器流量大 将易发生压气机喘振 此时可采取三方面措施 选小一号增压器 波小压气机流通部分尺寸 如减小进口直径 或减小叶轮宽度 如是叶片扩压器 则应扩大扩压器流通截面积或加大无叶扩压器宽度 2020 6 5 14 如柴油机最大功率工况压比小 或流量小 此时易造成柴油机性能不好 此时应分别对待 如流量 压比同时低 应同时加大压气机进口直径和叶轮外径尺寸 如流量可以 压比低 应加大压气机叶轮外径尺寸 如流量低 压比可以 应加大压气机进口直径 2020 6 5 15 2 柴油机和燃气涡轮 柴油机对燃气涡轮的要求 柴油机运行
6、范围应在涡轮高效区 对径流式增压器这个问题不大 一般可满足要求 如图 9 图 9 涡轮有足够的流通能力 即合适的喷咀环面积或涡壳流通面转及和压气机的能量平衡 即涡轮提供的功率不能太大 以致使压气机超速和流量过大 易造成喘振 也不能提供能量过小 以致使压气机流量不足 满足不了要求 调整如压气机压力偏低 流量偏小 而增压器转速未达到要求 可将喷咀环面积调小 提高增压器转速如如压气机压力偏低 流量偏小 而增压器转速己达到要求 可调压气机来达到要求 2020 6 5 16 3 柴油机和排气管对脉冲增压 一根好的排气管 既能使脉冲能量利用率高 又能使增压器效率高 柴油机扫气效果好 所以是增压匹配的重要内
7、容 对排气管的要求如下 要有合理的分枝 根据缸数不同 脉冲增压有双脉冲 三脉冲 四脉冲之分 分枝时要避免部分进气和压力波互相干扰 6缸 12缸柴油机采用三脉冲最好 此时压力波间隔240 A 和排气持续角相同 既无部分进气现象 又无压力波互相干扰现象 既保证脉冲波效率高 扫气效果好 又无叶轮断裂之忧 2020 6 5 17 对四 八 十六缸柴油机往往采用双脉冲 此时压力波间隔360 A 甚大于排气持续角 脉冲波幅度人大 无互相干扰现象 有利于扫气 但由于有部分进气现象 涡轮效率低 压比越高 影响越大 而且还有叶片受冲击力大 易造成叶片断裂之害 压比大于2 5者一般不予采用 对四 八 十六缸柴油机
8、有时采用四脉冲 此时压力波间隔180 A 甚小于排气持续角 脉冲波幅度引小 有互相干扰现象 造成排气倒灌 不利于扫气 为防止倒灌 尽量减小气门重迭角 这又导致排温高 油耗高 但由于无部分进气现象 叶片受冲击力小 工作可靠 济柴8V柴油机比12V柴油机油耗高 排温高就是这个原因 2020 6 5 18 2020 6 5 19 4 柴油机和进气管 柴油机进气管也是匹配的重要部件 对其要求如下 如进气管内压力波动 将使喘振线右移 易发生喘振现象 所以要求其容积尽量大 以使其压力波动小 一般不大于5 流速在30 40m s为宜 5 柴油机和进排气凸轮 这里有三方面因素 凸轮型面 时间截面 配气相位 凸
9、轮型面 排气门一打开 希望压力波很快建立 而且节流损失小 压力波能量大 然后很快下降 使泵气功减小 开启速度提高一倍 排气能量利用率提高10 这就要求排气凸轮开关速度快 2020 6 5 20 时间截面和配气相位 进排气时间截面大 气门重迭角大 使进气充分 排气干净 扫气效果好 不易发生喘振 济柴101柴油机试制中 为降低排温 曾加大压气机型号 结果发生增压器喘振 为此改进了凸轮型面 加大时间截面 使喘振得以解决 190系列柴油机凸轮轴有避碰孤 就是为了既有大的时间截面和气门重迭角 又要使活塞顶气阀坑尽量浅 以防影响燃烧 天然气发动机为什么外混式用小气门重迭角 内混时用大气门重迭角 8V柴油机
10、为什么用小气门重迭角 12V柴油机为什么用大气门重迭角 2020 6 5 21 6 柴油机和中冷器 空滤器 进排气道 这些都与增压区匹配有关 影响增压器喘振 这放在喘振部分介绍 另外 燃油供给系统 燃烧系统 冷却系统 润滑系统也与增压区匹配有重要关系 2020 6 5 22 5 增压器喘振及分析 2020 6 5 23 2020 6 5 24 2020 6 5 25 中冷器中冷器从两个方面影响喘振 一是中冷器通流面积小 或污堵 阻力大 使柴油机流量减少 向喘振线移动 易引起喘振 二是中冷效果差 空气温度高 密度小 使柴油机流量减少 向喘振线移动 易引起喘振 见图 15 所以冷却效率高的中冷器
11、不仅对提高功率 降低排放和排温有重要作用 而且对减小喘振也有重要作用 2020 6 5 26 柴油机进排气道柴油机进排气道对喘振的影响和中冷器道理相同 气道污堵 柴油机通过空气流量减少 气耗线向左移动 易引起喘振 见图 15 所以除设计时进排气道有足够流通面积 定期清理气道很重要 凸轮时截值和配气相位凸轮开启时间截面不足 气门间隙过大 配气相位变化 均使柴油机通过空气流量减少 气耗线向左移动 易引起喘振 见图 15 所以经常检查与调整气门定时十分必要 不仅对提高功率 降低排放和排温有重要作用 而且对减小喘振也有重要作用 2020 6 5 27 工况及环境柴油机突然降速降负荷 而增压器由于惯性仍继续供给大的空气流量 柴油机所需空气量减少 跑到喘振线上 引起短时间喘振 大气温度升高 空气密度减小 柴油机通过空气流量减小 气耗线左移 易引起喘振 见图 15 缸数和发火不均当缸数少或柴油机发火不均 易造成进气管压力波动 使喘振线在右移 易引起喘振 2020 6 5 28 压气机堵塞 2020 6 5 29 2020 6 5 30 2020 6 5 31 谢谢 并欢迎到康跃公司指导工作
