渦輪增壓發(fā)動機設計參數(shù)優(yōu)化

宿良 趙明

摘 要：發(fā)動機性能仿真技術己經(jīng)成為現(xiàn)代發(fā)動機設計方法的重要內(nèi)容，通過發(fā)動機 性能仿真可以對設計參數(shù)進行優(yōu)化和性能預測，從而減少試驗量，加快研究開發(fā) 進度。近年來發(fā)動機性能仿真計算己經(jīng)成為內(nèi)燃機研究開發(fā)工作的一個重要環(huán)節(jié) 和手段。本文主要對增壓發(fā)動機性能影響比較大設計參數(shù)進行了優(yōu)化。

關鍵詞：渦輪增壓;進氣歧管;排氣歧管

1進氣歧管的優(yōu)化

對于增壓發(fā)動機而言，氣體的波動效應對發(fā)動機的充氣效率影響比較小，但 是進氣歧管的容積變化對發(fā)動機的性能影響比較大，因此有必要對增壓發(fā)動機進 氣歧管直徑和總管長度進行優(yōu)化。圖1.1 （a）和圖1.1 （b）是不同進氣歧管直徑 對發(fā)動機扭矩和充氣效率影響情況圖。

從圖中可以看出，除個別點之外，在原進氣歧管（原機進氣歧管直徑為28mm） 下，發(fā)動機的扭矩和充氣效率最大，尤其是在中高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)優(yōu)勢更明顯。為了 分析其原因，圖1.2和圖1.3給出了一個循環(huán)內(nèi)進氣歧管內(nèi)的壓力波動和進氣質(zhì)量流量，從圖1.2可以看出，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速4000r/mm下，原進氣歧管的壓力波動比 進氣歧管直徑增加12mm的壓力波動大，在進氣門打開前期原進氣歧管內(nèi)的壓力 下降比較厲害，但是在進氣門打開中后期能馬上建立起比較高的峰值壓力，從而 增加缸內(nèi)進氣流量，如圖1.3所示，進氣門打開前期原進氣歧管內(nèi)的質(zhì)量流量較低， 但是經(jīng)過450°CA以后，質(zhì)量流量就超過了進氣歧管直徑增加12mm的質(zhì)量流量，并且一致持續(xù)到進氣門關閉，能有效提高發(fā)動機充氣效率。

2發(fā)動機排氣管連接方案優(yōu)化

如圖1.7（a）所示，是脈動增壓的扭矩圖，從圖中可以看出，排氣歧管長度 為200mm的發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩比較大。在恒壓增壓連接方案下發(fā)動機的 扭矩在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)隨管長的減少而逐漸增大，如圖1.7 （b）所示。主要是由于低速廢氣能量提供給渦輪機的能量不足，而減少排氣歧管長度能夠比較有效的利 用氣流動能部分，使渦輪機的有效能量增加，有利于增壓壓力和流量的提高。

為了對比兩種連接方案的優(yōu)勢，從兩種方案中選取最優(yōu)的排氣歧管長度進行對比分析，我們分別就兩種連接方案下最優(yōu)管長發(fā)動機的扭矩和油耗做了對比，得出結論為脈動增壓連接在低速范圍內(nèi)發(fā)動機的扭矩比恒壓增壓的扭矩要稍微高點，油耗也稍微低些，在中高轉(zhuǎn)速兩種方案的扭矩和油耗基本相當。

綜上所述，增壓發(fā)動機采用脈動增壓的連接方案，排氣岐管長度控制在200mm 左右。

結論：綜上所述，增加氣門重疊角可以有效的改善低中轉(zhuǎn)速扭矩，通過增加氣門重 疊角20°CA左右右，增壓發(fā)動機有望在2000r/min下達到性能目標需求。

作者簡介：

宿良，男，山東高密人，碩士研究生，山東科技職業(yè)學院教師

項目來源：2015年度山東省高等學校科研計劃項目

項目名稱：發(fā)動機N級渦輪增壓器的研究

項目編號：J15LB64