大功率柴油機增壓器的匹配與分析

沈祖杰++陳正林++高原++季春雷++趙祖玲

摘 要：渦輪增壓是柴油機降低排放、提高經濟性和動力性的重要方法，已經得到了廣泛的應用。對柴油機與不同增壓器進行選型匹配試驗，通過對匹配后的相關試驗數據進行分析，并結合客戶的需求，選擇最佳的增壓器。

關鍵詞：增壓器；匹配；性能；分析

中圖分類號：TK42 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）27-0068-02

1 概述

渦輪增壓是內燃機發展的一個飛躍，它是發動機領域內降低排放，提高燃油經濟性、強化升功率的有效技術手段。現如今，工業先進國家已經把渦輪增壓機型作為柴油機的基本型。為了讓增壓器對柴油機性能的提高達到最好，除了增壓器和柴油機本身的良好性能外，兩者之間匹配是否合理，也會對柴油機性能產生直接的影響，所以柴油機進行增壓器匹配具有重要的意義。

渦輪增壓柴油機對匹配性能的要求主要有以下幾個方面：

（1）柴油機在壓氣機高效率區運行，要有一定的裕度，最好大致平行于增壓器等效率曲線，不發生喘振也不阻塞。

（2）柴油機在標定工況下運行時，要達到預期的進氣壓力Pb和空氣流量qmb，保證足夠的過量空氣系數φa，燃油消耗be也要滿足要求。

（3）柴油機工作時不能出現過高的排溫TT。

（4）柴油機工作時增壓器轉速nTb不能超過其最大值，以保證增壓器轉子安全；也不能出現過高的增壓壓力Pk和過高的爆壓Pmax，導致太大的機械負荷。

（5）柴油機在小負荷時增壓壓力與背壓能形成交點，說明柴油機與增壓器的匹配良好。

（6）增壓發動機能達到預定性等指標，在低負荷范圍內不出現過高的油耗。

2 設計輸入

南通柴油機股份有限公司針對陸用發電開發的十六缸增壓中冷柴油機，為四氣門、電控單體泵、廢氣渦輪增壓、空空中冷型柴油機。具體參數見表1。

表1

3 增壓參數的確定

為了保證發動機與增壓器的匹配達到最佳，即達到預定的各項性能指標，首先要確定合理增壓參數，主要的增壓參數有：

（1）增壓壓力Pk和壓比πk。

（2）渦輪前排氣溫度tT。

（3）空氣流量mA（kg/s）。

（4）大氣壓Po和氣溫to。

4 增壓器的選型和匹配試驗

根據參數要求，對該柴油機增壓器進行選型，第一方案選用SJ130NT增壓器。根據試驗參數，繪制聯合運行線（見圖1），從圖1中可看出曲線已經在喘振線上方，發生喘振的可能性較大。引起增壓器喘振原因有很多，比如進氣管管道容積過小，使氣流脈動大從而引起的柴油機喘振。在調整增壓器型號時，要先弄清楚發生喘振現象的原因，從而采取合理的調整方案：

（1）采用更小型號的增壓器。讓增壓器的喘振線大致平行于原壓氣機的喘振線并且向流量小的一邊移動，這樣運行線就可以脫離喘振區。在選用新型號后，柴油機的運行線已經不是原有的曲線，故需重新做相關試驗。

（2）減小壓氣機的流通截面。壓氣機的葉輪和擴壓器的截面都要相應減小，它的特性線曲線將大致平行原特性曲線，并且將向流量小的方向移動。

（3）適當的減小壓氣機進氣口的直徑。如果能判斷出喘振是在葉輪中發生的，則可以對應減小葉輪的進氣口直徑，從而使特性曲線向小流量方向移動。

（4）擴壓器的進口角適當減小。當運行曲線偏離喘振線較遠時，則可采取與上述方法相反的調整措施，使柴油機運行線處于壓氣機的高效區。

綜上，調整增壓器，改用SJ140Y-1型增壓器，繼續進行匹配性能試驗，根據試驗參數，繪制聯合運行線（見圖2），從圖2中可看出壓氣機工況點發生喘振和堵塞的風險較小，同時，有較大的堵塞裕度，柴油機的最大工況點處于壓氣機高效率區范圍內，且運行曲線的高效率區較大。柴油機性能曲線參數見圖3（功率、油耗率）。

5 結束語

通過匹配試驗和分析，SJ140Y-1型增壓器運行曲線的高效率范圍較大，匹配較好，在實際應用中得到了驗證，該款柴油機的各項性能指標均達到設計要求。

參考文獻：

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