第五章柴油机与涡轮增压器的匹配
山东大学
学院
能源与动力工程学院
能源与动力工程
第五章柴油机与涡轮增压器的匹配
本章的主要教学内容：
1.增压特性匹配及联合运行线的调节
2.增压柴油机的热负荷及解决途径
3.增压柴油机的机械负荷及解决途径
4.改善增压柴油机低工况及瞬态特性
的途径
第五章柴油机与涡轮增压器的匹配
教学目的与要求:
要求比较系统地掌握：增压特性匹配及联
合运行线的调节；增压柴油机的热负荷及
解决途径；增压柴油机的机械负荷及解决
途径；改善增压柴油机低工况及瞬态特性
的途径。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
在压气机特性曲线上，将
该工况下以增压比和空气流量
表征的增压器和柴油机联合运 5.1.1 联合运行线
行点确定下来，柴油机按某一
特性运行时的所有工况点都可
在压气机特性曲线上确定下来
，形成增压器和柴油机联合工
作后的联合运行线。
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1.2 涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1.3 联合运行线的调节
5.1.3.1 涡轮喷嘴环出口通流面积的调整
改变涡轮喷嘴环出口通流面积的方法是用改变运行线的方法适应压气机特性
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节最佳喷嘴环出口流通面积寻找方法
5.1 增压特性匹配及联合运行线的调节
5.1.3.2 改变压气机扩压器的进口角
改变压气机特性线的方法的方法适应运行线
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.1 增压柴油机的热负荷问题
5.2.2 热负荷的一种表达式5.2
增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.3 影响热负荷大小的主要因素分析
5.2.4 降低热负荷的主要措施
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.4.1 适当增大进、排气门叠开角
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.4.2 增大叠开期内的进、排气管压力差
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.3 增大进、排气门的时间-截面
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径5.2.4.4 增压中冷
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.4.5 强化冷却系统
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.2.4.6 改善供油系统及燃烧系统
5.2 增压柴油机的热负荷及解决途径
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径
5.3.1 增压柴油机的机械负荷问题
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径
5.3.2 降低机械负荷的途径
5.3.2.1 适当降低柴油机的压缩比
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.2 适当减小供油提前角
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径
5.3.2.3 调整涡轮增压器
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径5.3.2.4 优化供油系统
5.3 增压柴油机的机械负荷及解决途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.1增压柴油机低工况性能分析
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.1增压柴油机低工况性能分析
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2 改善增压柴油机低工况性能的措施
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2.2 采用高工况放气
对车用发动机来说，为解决低
工况的性能问题，较多采用如图所
示的高工况放气系统。
这时，涡轮
增压器的设计是使发动机能在低于
中等转速以下时获得最大转矩，即
增压器与柴油机按最大转矩工况参
数匹配。
发动机在高转速时，为了
将增压压力和最高爆发压力及增压
器转速限制在允许的范围以内，把
发动机的部分排气或部分增压空气
通过一个放气阀排掉，而使其在高
负荷时的一段运行线近于水平线。
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
放气的方式目前主要有两种，
即①部分排气放人大气；②将部
分增压空气放人大气。
图示为一
带放气阀的涡轮增压器，实行的
是高工况放掉部分排气的方式。
为了控制部件远离高温，采用一
根较长的拉杆。
放气门的启闭由
增压压力自动控制。
这种带放气
阀的涡轮增压器，在车用发动机
中用得很普遍。
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2.3 低工况进、排气旁通
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2.4 变截面涡轮增压器
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
图5-22为一轴向变截面示意图，其截面的变化由一轴向平行移动板控制。
另一种变截面增压器是在涡轮进气零截面后加一可调喷嘴叶片，如图5-23所示，通过一舌形叶片的摆动来改变蜗壳的A/R值，使得发动机在低速时A/R值减小，从而提高涡轮转速，增加增压压力；在高速轴向变截面涡轮时，有较大的A/R 值，减小流通阻力，发动机背压较低，充量系数提高。
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2.5 采用复合谐振增压系统
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.2.6 其他措施
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.3 增压柴油机瞬态特性性能分析
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
供气量比供油量的时间滞后，其原因是多方面的。
燃油入气缸燃烧后，气体能量增加，而涡轮得到的能量增加显然要滞后一些，因为在排气门开启之前气体的能量不可能影响涡轮；在排气门开启以后，由于排气管中气体的可压缩性，也得经过几个工作循环，排气管中的气体压力才能逐步上升，涡轮得到的能量才能不断增加。
另外，由于涡轮的功率比压气机的功率大而使涡轮增压器的转速增加，但涡轮增压器转子具有一定的转动惯量，要加速转子的旋转速度也需消耗一部分能量，这也是其瞬态响应滞后的另一个重要原因。
再者，增压器的旋转速度不断上升才能使增压压力不断提高，但由于进气管具有一定的容积，这就使增压压力只能逐步提高。
只有当增压压力提高后，才能增大进入气缸的供气量。
这些因素都将使供气量滞后。
当然，发动机响应快慢还与发动机运动件的转动惯量有关，若希望加速性能好，则希望发动机转动惯量尽可能小。
增压柴油机在突加速和突加负荷时，除出现空气量不足使燃烧不完全而带来一系列问题以外，其联合运行线的位置也与稳态不一样。
加速时，联合运行线在稳态运行线的右边；
加负荷时，联合运行线在稳态运行线的左边。
其差别的大小与加负荷或加速时的速度有关。
若按螺旋桨推进特性运行时，在突加速加负荷时的配合运行线会在稳态运行线的右边，这是由于转速增加是主要起作用的因素。
相反，突减速，或按螺旋桨特性运行时的突减速，都会引起运行线在稳态运行线的左边，在严重的情况下，就会进入喘振区。
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.3.2 冒烟限制器
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4.4 改善增压柴油机瞬态特性的措施
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径
5.4 改善增压柴油机低工况及瞬态特性的途径。