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废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究随着工业发展的不断深入，涡轮增压技术的应用在发动机的领域中日益重要，特别是在柴油发动机中。
涡轮增压可以提高发动机的动力和效率，使发动机可以在较低的温度和气压条件下运行，减少污染物的排放。
特别是在使用涡轮增压的柴油发动机中，匹配发动机和涡轮增压的性能是很重要的。
本文旨在通过理论计算探讨废气涡轮增压及发动机匹配的理论计算研究。
涡轮增压技术最常用的是柴油发动机，它们均采用通用的方法，即使用增压器将空气压缩到一定的比例，以提高气体的温度和压力，从而提高发动机的压燃比。
增压器是通过旋转叶片抽送空气的设备，通常涡轮增压器可分为两类：固定增压器和变动增压器。
固定增压器可以根据发动机的不同额定负荷下的不同转速，空气入口前压力保持相对稳定，而变动增压器可以根据发动机的负荷及运行转速调节入口前压力，以满足不同工况下发动机的需要。
在相同工况下，涡轮增压器的负荷调节范围通常比固定增压器小得多，使发动机的特性更稳定。
涡轮增压器的设计具有若干特征，如压气机的排量、增压比、转子形状和材料等，这些特征是影响涡轮增压器性能的主要因素，涡轮增压器的性能受其影响，这也是决定涡轮增压器与发动机性能匹配的关键。
涡轮增压及发动机相互匹配设计，是一种基于发动机参数、系统参数、变量参数等进行计算的一种方法。
设计发动机涡轮增压系统时，首先要考虑增压器(涡轮增压器)与发动机之间的刚度匹配，以保证涡轮增压器的转速能满足发动机的转速要求，并且能够有效地调节涡轮增压器的转速、压缩比等参数，使发动机的性能得到改善。
涡轮增压系统的涡轮和发动机的转速有一定的相关性，如果涡轮转速太低或太高，就会使发动机的性能受到影响，发动机的整体性能因此受到影响，涡轮转速过高会使发动机运行时出现过载现象，并降低发动机的燃油效率与动力性；涡轮转速过低会导致发动机怠速下的燃油效率不高，而且发动机全过程的动力性也会下降。
另外，涡轮增压系统中的压气机压力比也与发动机的性能有关，正常的涡轮增压系统中，压气机压力比一般为2~2.2，当压气机压力比太低或太高时，都会对发动机的性能产生负面影响，当压气机压力比过高时，会使发动机在某些工况出现过载情况，燃油效率也会稍低，而当压力比过低时，发动机性能就会受到影响，全过程分配率也会降低。
涡轮增压技术103这篇文章涉及较多的涡轮技术，包括描述压缩机的部分特性曲线图、计算发动机的增压比和空气质量流量，怎样在特性曲线图上绘制点来帮助你选择合适的涡轮增压器。
把你的计算器放在手边吧。
一压缩机部分特性曲线图[1]压缩机特性曲线图是详细描述压缩机压缩效率、空气质量流量范围、增压性能和涡轮转速等性能特性的一种图表。
下面展示的是一幅典型的压气机特性曲线图：[2]增压比增压比（）被定义为出口处绝对压力除以进口处绝对压力注：=增压比、P2c=压气机出口绝对压力、P1c=压气机入口绝对压力[3]在压气机入口和出口处使用绝对压力为计量单位非常有必要，一定要记住绝对压力的基础是14.7磅/平方英寸（在这个单位下“a”代表绝对压力）这被称为标准大气压力和标准情况。
[4]表压即计示压力（在计量单位为磅/平方英寸下“g”代表表压力）测量的是超过大气压力的大小，所以表压力在大气压力下应该显示为“0”。
增压表测量的岐管压力是相对于大气压力的，这就是表压力。
这对于决定压缩机出口处的压力是非常重要的。
比如说增压表上读出的12磅/平方英寸意味着进气歧管的压力高于标准大气压力12磅/平方英寸。
即：歧管压力26.7磅/平方英寸=12磅/平方英寸（表压力）+14.7磅/平方英寸（标准大气压力）[5]这个条件下的增压比就能计算了：（26.7磅/平方英寸[绝对压力]）/14.7磅/平方英寸（标准大气压力）=1.82[6]然而这是在假定压气机入口处没有空气滤清器影响的情况下[7]在决定增压比的时候，压气机入口处的绝对压力时常比环境压力小，特别是在高负荷时。
为什么会这样呢？因为任何对空气的阻碍（这其中就包括空滤器管道的限制）都会对进气造成压力损耗，在决定增压比时，压气机上游的损耗都需要被计算。
这种压力损耗在某些进气系统上可能达到或超过1磅/平方英寸的表显压力。
在这种情况下压气机入口处压力应该如下取值：压气机入口绝对压力=14.7psia – 1psig = 13.7psia[8]带入最新的入口处压力进行增压比计算应该是下面这样(12 psig + 14.7 psia) / 13.7 psia = 1.95.[9]以上计算方法很好，但是如果你不是在标准大气压下呢？在这种情况下，在计算工式中简单地用真实的大气压力替代标准大气压力14.7psi能够使计算更精确。
废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究废气涡轮增压是一种利用发动机废气能量来提高发动机进气压力和排气量的技术。
它通过在发动机排气系统中增加一个涡轮增压器，将废气能量转化为机械能，驱动涡轮增压器的涡轮，使其旋转并带动压气机，将大量的空气压缩后送入发动机，提高了空气密度和进气压力，从而增加了发动机的输出功率和扭矩。
废气涡轮增压器与发动机之间的匹配是提高发动机性能和效率的关键。
好的匹配能够确保涡轮增压器和发动机的最优工作状态，最大限度地提高增压效果和发动机的输出性能。
因此，进行废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究非常重要。
首先，需要进行发动机的性能参数测量和数据分析，包括发动机的排气量、气缸数、气缸直径和冲程等。
这些参数将决定涡轮增压器的尺寸和特性，以及增压器的选择范围。
其次，需要确定涡轮增压器的性能参数，包括涡轮增压器的压气机和涡轮的尺寸、叶片数目、进出口面积等。
这些参数将决定涡轮增压器的增压效果和压气机的压缩效率，从而影响发动机的输出性能。
接下来，需要进行涡轮增压器与发动机的匹配计算。
这包括气缸压力比、进气温度和进气流量等的计算，以确定涡轮增压器的选型和工作工况。
基于涡轮增压器的性能参数和发动机的性能需求，可以通过计算模型和实验数据，确定最佳的涡轮增压器尺寸和特性。
最后，还需要进行增压系统的流动仿真和热力学分析，以评估涡轮增压器的增压效率和热力学性能。
这些分析可以提供理论基础和实验指导，优化涡轮增压器和发动机的匹配，进一步提高发动机的性能和效率。
总之，废气涡轮增压与发动机匹配的理论计算研究是一项复杂而重要的工作。
它能够为涡轮增压器和发动机的设计优化提供理论指导和技术支持，为发动机性能的提升和排放的减少作出贡献。
- 55 -工 业 技 术０ 引言涡轮增压器技术是提高发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手段。
增压发动机在减小排量的情况下通过提升进气压力能够使相同排量的发动机动力性能提升，同时增压发动机的燃油经济性与自然吸气的发动机相比有所提升。
根据整车车型动力性、经济性的目标要求，该文设计开发了节能高效的涡轮增压发动机。
１ 发动机匹配目标的确定影响增压发动机性能的设计开发内容包括控制系统的标定、进气歧管总成及排气歧管总成的走向、整车进气系统压降和排气系统背压等，但是涡轮增压器的匹配是否优良是最为关键的[1]。
涡轮增压器的匹配结果直接影响燃油经济性和发动机的动力性能（功率、扭矩）。
增压器的匹配内容主要包括方案匹配和性能匹配。
１．１ 发动机设计目标１．１．１ 发动机设计目标参数确定根据整车目标的确定，要求发动机有很好的低速扭矩和中速中负荷的燃油经济性[2]。
具体设计开发的技术目标参数见表1。
１．１．２ 确定压缩比该款发动机为汽油发动机，发动机和涡轮增压器匹配的关键主要避免爆震的产生，所以要控制好发动机排气温度、进气压力、增压器转速范围。
由于增压后排温易升高，所以增压发动机的压缩比要比自然吸气发动机的低，保证燃烧稳定性。
通过对比研究最后确定为压缩比为9∶1。
１．１．３ 确定中冷技术由于增加发动机提升了进气的压力，导致进气温度的升高，为了保证燃烧的稳定性，必须采用冷却系统将进气温度降下来，同时对发动机的动力性、经济性均有提高，经过研究确定采用空对空中冷器冷却增压后的空气温度。
１．１．４ 确定涡轮机的叶片大小涡轮机的大小直接影响了整车的使用性能，影响发动机随油门提升扭矩的 响应速度，由于小涡轮质量轻，低速响应性较好，但这可能要损失高速段的动力性。
通过对于匹配目标的研究确定选择小涡轮增压器进行匹配。
２ 涡轮增压器匹配方案确定２．１ 涡轮增压器匹配方案选择为了保证涡轮增压器匹配的合理性，确定了3款涡轮增压器进行匹配选择，并统一进行编号，具体方案见表2。
涡轮增压器与发动机的匹配与调整1、涡轮增压器与发动机的匹配概述总的来说，发动机与增压器的匹配有三个⽅⾯，即发动机与压⽓机匹配、发动机与涡轮的匹配和压⽓机与涡轮的匹配。
细分的话，应该包括：增压器的压⽓机、增压器的废⽓涡轮、发动机的排⽓管系统、发动机的进⽓系统、中冷器、空⽓滤清器、消⾳器、进排⽓配⽓相位、运转⼯况参数、环境参数等。
2、发动机对压⽓机的要求a、发动机对压⽓机的要求：1）、压⽓机不但要求达到预定的压⽐，⽽且要具有⾼的效率。
即压⽓机效率越⾼，在同⼀增压压⼒时，空⽓温度越低，从⽽得到的增压空⽓的密度就越⾼，增压效果就越好。
2）、不同⽤途的发动机对压⽓机特性的要求也不同。
对于发电⽤的固定式发动机及按螺旋桨特性⼯作的船⽤发动机⼀般的压⽓机特性均能满⾜要求，⽽车⽤发动机由于转速范围宽⼴，故就要求相应的压⽓机特性具有宽⼴的流量范围，⽽且要有较宽的⾼效区。
怎样评价发动机与压⽓机的匹配：1）、需要经试验得出的压⽓机特性曲线，同时要有发动机各转速下耗⽓特性曲线，将发动机的耗⽓特性曲线与压⽓机的特性曲线相叠合就可以看出匹配情况。
2）、发动机的特性曲线应穿过压⽓机的⾼效区，⽽且最好使发动机的运⾏线与压⽓机的⾼效率的等效率圈相平⾏。
对于车⽤发动机，则要求最⼤扭矩点正好位于压⽓机最⾼效率区附近。
如果发动机运⾏线整个位于压⽓机特性右侧，则表明所选的压⽓机流量偏⼩，使联合⼯作时压⽓机处于低效区⼯作，在这种情况下就要重选较⼤型号的增压器，或加⼤压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向右移动。
如果向反，发动机运⾏线整个偏于压⽓机特性左侧，则⼀⽅⾯发动机低转速时压⽓机效率降低，同时有可能出现喘振。
在这种情况下就要重选择较⼩型号的增压器或减⼩压⽓机通流部分尺⼨，使压⽓机特性向左移动。
3）、发动机的⽓耗特性线离开压⽓机喘振线有⼀定的距离。
否则如发动机耗⽓特性曲线离喘振线太近或甚⾄与之相交的话，在联合⼯作时就可能出现喘振。
⼀般，要求发动机低转速的耗⽓特性曲线离开压⽓机喘振线的距离也即所谓的喘振裕度约为10%Gcmin（喘振流量）。
涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测涡轮增压汽油机是一种采用涡轮增压器提高气缸进气压力的汽油机。
它具有高功率、高扭矩、低油耗、低废气排放等优点，因此广泛应用于高性能汽车、赛车以及航空航天领域。
涡轮增压汽油机的匹配计算是设计高性能发动机的关键之一，本文将探讨涡轮增压汽油机的匹配计算及性能预测。
涡轮增压汽油机的匹配计算可分为三个步骤：参数选择、涡轮增压器匹配和喷油器匹配。
第一步骤是参数选择，需要确定涡轮增压汽油机的基本参数，包括气缸数、缸径、行程、压缩比、气门数量和排量等。
这些参数将直接影响发动机性能及涡轮增压器选择。
第二步骤是涡轮增压器匹配，需要根据发动机参数选择合适的涡轮增压器。
涡轮增压器的主要参数包括压缩比、进出口直径、转子直径和转速等。
选取合适的涡轮增压器可使发动机性能得到最大化，同时也需要考虑选用涡轮增压器的成本、重量和可靠性等因素。
第三步骤是喷油器匹配，需要根据发动机的最大输出功率和最大输出扭矩来计算出所需的燃油量和喷油器喷油量。
喷油器的选择需要考虑油品质量、喷雾效果、喷油形状和喷油压力等参数，以确保发动机能够稳定运行。
涡轮增压汽油机的性能预测主要涉及功率、扭矩、燃油消耗量、废气排放量等方面的预测。
常用方法包括流动模拟计算和试验验证两种。
流动模拟计算主要采用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件，计算出涡轮增压器、进气道和排气道等部位流场分布、压力分布和温度分布等参数，进而预测出发动机的性能参数。
试验验证则是采用实验方法测量涡轮增压汽油机的关键性能参数，包括功率、扭矩、燃油消耗量、废气排放量等。
试验流程繁琐，成本较高，但是结果更加精确可靠。
总之，涡轮增压汽油机匹配计算及性能预测是设计高性能发动机必不可少的环节。
通过合理选取涡轮增压器、喷油器等部件并结合合适的流动模拟计算和试验验证方法可提高发动机性能，同时也能降低成本和优化设计。
另外，涡轮增压汽油机在匹配计算和性能预测过程中，还需要考虑一些限制因素，如冷却、机油供应、噪声和振动等。
陈东（1988-），男，硕士研究生；研究方向：发动机小型化。
E-mail:**************涡轮增压汽油机的数值计算及配气正时优化陈东1，卫海桥1，潘明章1, 李金印2（1天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072）(2重庆小康工业集团股份有限公司,重庆 404100）摘要：本文采用AVL BOOST 软件建立了雷诺E6单缸汽油机的模型，通过实验数据与计算数据的对比分析，证明了原机模型的可靠性。
然后在原机模型基础上加装了涡轮增压器，对增压后模型进行了数值计算，结果表明加装了涡轮增压器的单缸机动力性得到大幅提升，经济性有所改善，但排气温度有所升。
最后，对增压后的单缸机进行了配气正时优化，并得出最佳优化方案。
关键字：汽油机；涡轮增压；配气正时目前发动机仍主要依靠石油类燃料，而日益严重的石油资源的短缺问题和燃烧带来的大气污染和温室效应问题已经成为全球性问题。
汽车发动机小型化是目前最有前途的用来改善燃油经济性、满足CO2排放法规是最有前途的方法之一。
发动机小型化是发动机通过应用先进技术在不增加气缸容积前提下，提高发动机的功率、扭矩和效率，降低油耗。
【1-4】而涡轮增压技术则是实现发动机小型化的一种途径。
通过引入涡轮增压器，汽车制造商可以提供较小排量的汽油机。
与现有的同类产品相比，这种发动机的性能持平或更高，而油耗量较低；加上车辆净质量的减轻，可减少汽车的碳排放量。
根据对欧洲200 种汽油车的调查，相同功率的发动机，增压发动机的排量可以比自然吸气式的排量减小18 %～35 %，燃油经济性可以提高10 %左右[5-10]。
本文采用实验和模拟研究相结合的方法，验证了涡轮增压对于汽油机性能的提升，并且通过数值计算对增压后的汽油机进行了配气正时优化，得出了较优方案。
1.原机模型建立与分析1.1 原机模型的建立本文研究的试验样机为雷诺公司在70年代末生产的可变参数较多的限量生产的雷诺E6可变压缩比试验样机，由于它持有自身独特多项可变结构参数特点，国外现在还有很多高校对此进行改装实验研究。
一、 涡轮增压与内燃机的匹配1、 充入气缸的空气流量 c h n zV q V a φτ260= ()s m /3（1） 式中：z —与一台压气机相连的气缸数；c φ—充气系数，四冲程柴油机（0.85~1）。
充入气缸的空气量必须是内燃机在发出指定功率时，燃料完全燃烧所需空气量。
因此，可根据燃油消耗量mf q 计算充气流量ma q 。
()()[]h kw g H be h kg P b q e e e mf ⋅⨯==ημ6106.3,/100010003600360000⨯==L P b L q q a e e a mf ma φφ ()s kg / （2） 310360030⨯==τφρc h a e e Va ma a n zV L P b q q ()3/m kg （3） 将功率)(30103kw n zV p Pe h me τ⨯=代入（3）式则 ()30/3600m kg L b p c a e me a ⨯=φφρ （4） ()a aa a Mp RT p 610ρ=()a c a a e me a Mp RT L b p p 801036⨯⨯=φφ （5）以上公式使内燃机性能指标与空气流量及其压力与温度等联系起来。
但ma q 、a p 还不能作为压气机气动计算的依据。
还要考虑扫气。
总供气量)/(103650s kg b P L q q ee a s ma s mc ⨯==φϕϕ （6） 总供气量()s m n zV q q c hs Va s Vc /303τφϕϕ== （7） ma msma s q q q +=ϕ对四冲程柴油机1.1~1.4由于进气管道与中冷器阻力的影响，压气机所提供的空气压力c p 应高于气缸内的空气压力a p 。
)(a mc en a c Mp p p p p ++=管道阻力损失p en 小于或等于a p 210471.1⨯；中冷器的阻力p mc 小于或等于a p 310433.3⨯。
