發(fā)動機與渦輪增壓器匹配

發(fā)動機在做增壓器的匹配時，對壓氣機要求是：一要滿足增壓比，二要足夠高的效率。提高壓氣機效率，可以降低增壓后壓縮氣體的溫度，有利于提高氣體的密度，進而提高進氣量，最終達到增壓的目標(biāo)。理想的發(fā)動機運行線是發(fā)動機與壓氣機的聯(lián)合運行線可以通過壓氣機的高效率區(qū)域，同時與壓氣機的高效率范圍相平行，即讓發(fā)動機增壓后的特性曲線最大限度地利用壓氣機的高效區(qū)域。從圖1看出，當(dāng)所選擇的壓氣機流量過小時，發(fā)動機與壓機聯(lián)合運行線在壓氣機高效區(qū)的右邊，出現(xiàn)了壓氣機的阻塞。解決這一問題可以通過選擇大流量的壓氣機或者增加壓氣機氣體通道的橫截面積。

反之，當(dāng)發(fā)動機與壓氣機聯(lián)合運行線在壓氣機高效率區(qū)域的左半部分，表明在發(fā)動機低速工況時運轉(zhuǎn)在壓氣機的低效率區(qū)域，如圖2所示。這種情況下，當(dāng)發(fā)動機在高速工況時，壓氣機容易產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。解決這種問題的有效措施是選擇較小的增壓器或縮減壓氣機氣體通道的橫截面積。良好的發(fā)動機與壓氣機聯(lián)合運行線應(yīng)遠離喘振線，且不能出現(xiàn)壓氣機的阻塞。圖3是某款發(fā)動機與增壓器的聯(lián)合運行圖，從圖中可以看出，聯(lián)合運行線既穿過了壓氣機的高效率區(qū)，又未超出喘振線和阻塞線。

一般地，渦輪機的高效率區(qū)域比較大。另外，發(fā)動機外特性工況下范圍很小，渦輪的工作效率變化也不明顯，因此渦輪機的匹配空間很大。

實踐表明,渦輪機的氣體流通能力的對其匹配特性影響很大，故發(fā)動機與渦輪的匹配是否良好主要取決于渦輪機的氣體流通能力大小。判定渦輪機的氣體流通能力大小常用的策略是將發(fā)動機和渦輪的聯(lián)合運行線放進渦輪流通特性線上，如圖4所示，在聯(lián)合運行線與渦輪機的氣體流通能力特性線不匹配時，就應(yīng)相應(yīng)選擇較大型號或較小型號的渦輪重新匹配。

在進行發(fā)動機與渦輪機的匹配時，需要在渦輪機的氣體流通特性圖上同時標(biāo)示各設(shè)計目標(biāo)點的運行工況。渦輪機的流通特性可能不能同時滿足各目標(biāo)點的需求，這就需要綜合各目標(biāo)點工況的情況，選擇相對合適渦輪機。 2100433B

影響發(fā)動機增壓的參數(shù)主要有發(fā)動機的空氣流量、增壓壓比、壓氣機的效率以及發(fā)動機廢氣溫度等?？諝饬髁亢蛪罕戎苯佑绊懺鰤汉蟀l(fā)動機的壓力，在發(fā)動機和壓氣機聯(lián)合運行線上如果壓力過高或過低都將影響渦輪增壓系統(tǒng)與發(fā)動機匹配結(jié)果。壓氣機的效率和廢氣溫度制約著增壓系統(tǒng)的工作環(huán)境。

渦輪增壓器已經(jīng)普及到許多類型的汽車上，它彌補了一些自然吸氣式發(fā)動機的先天不足，使發(fā)動機在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上。因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術(shù)來改進發(fā)動機的輸出功率，藉以實現(xiàn)轎車的高性能化。

對增壓器和發(fā)動機進行理論計算，選擇合適的增壓器增壓度和發(fā)動機的一些參數(shù)，鑒于增壓器的工作特點以及發(fā)動機最佳匹配的原則，確定合適的匹配參數(shù)。 國內(nèi)的增壓器廠家也對增壓器的匹配有過一些研究，介紹了如何合理選用國產(chǎn)增壓器代替已損壞的進口增壓柴油機增壓器的方法，并給出了國內(nèi)生產(chǎn)的各種渦輪增壓器的技術(shù)參考。多種進口機械的增壓柴油機進行了國產(chǎn)增壓器的匹配試驗,，都取得了成功 。

阻抗變換與匹配，在集總元件低頻電路中，負載阻抗與信源內(nèi)阻抗的特定配合關(guān)系稱為阻抗匹配。存在兩種匹配條件：①負載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，這時信源輸出電壓可無失真地傳輸?shù)截撦d。②負載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而幅角之和為零，此時在負載上可獲得最大功率，稱為共軛匹配。若信源阻抗和負載阻抗均為純電阻（實阻抗），則這兩種匹配條件相同。

原則上以上的阻抗匹配條件也適用于微波電路，但在微波電路中信號源與負載之間通常以傳輸線或波導(dǎo)連接，信號通過傳輸線或波導(dǎo)的傳輸用波描述更為確切，電壓只具有等效的意義。這時需解決負載與傳輸線的匹配，使傳輸線上的信號無反射地傳輸?shù)截撦d；也需解決信號源與連有負載的傳輸線的阻抗匹配問題，使信號源傳送最大功率給負載。在傳輸線兩端的連接處，阻抗匹配的解決要依靠阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，也稱為阻抗變換器。 　　阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)為二端網(wǎng)絡(luò)，為由集總元件構(gòu)成的低頻網(wǎng)絡(luò)，或由傳輸線或波導(dǎo)構(gòu)成的微波網(wǎng)絡(luò)，用以連接它兩端具有不同阻抗的傳輸線段或電路元件，以實現(xiàn)從一端到另一端的最佳信號傳輸。這是在無源或有源電路中使用得最多的一種電路元件。 　　以阻抗為ZL的負載與特性阻抗（實）為Z0的傳輸線之間的匹配連接為例，為實現(xiàn)傳輸線上的功率無反射地傳送到負載，要使用阻抗變換器將傳輸線負載端的阻抗從ZL變換為Z0。最簡單的變換方法是使用與傳輸線并聯(lián)或串聯(lián)的終端短路或開路的傳輸線短截線，在無耗情況下它們的阻抗為電抗性，借助于阻抗圓圖找到接入位置和截線長度，可在設(shè)定的頻率點實現(xiàn)負載與傳輸線的匹配。使用多個短截線并利用計算機輔助設(shè)計可實現(xiàn)一定頻帶寬度內(nèi)的阻抗匹配。 　　當(dāng)負載阻抗為電阻性，可使用1/4波長阻抗變換技術(shù)實現(xiàn)負載與傳輸線的實特性阻抗的匹配。由于變換段的電長度隨頻率變化，1/4波長阻抗變換技術(shù)僅能在中心頻率附近很小的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)阻抗匹配。當(dāng)要求在寬頻率范圍內(nèi)的阻抗匹配，必須使用多級1/4波長阻抗變換，相繼的變換段的特性阻抗只有小的改變。反射系數(shù)按二項式展開規(guī)律變化的，可獲得最平緩的通帶特性，稱為二項式阻抗變換器。反射系數(shù)按切比雪夫多項式規(guī)律變化的則得到等波紋的通帶特性和大得多的帶寬，稱為切比雪夫阻抗變換器。以阻抗緩慢變化的連續(xù)漸變段也可實現(xiàn)寬頻帶的阻抗變換。最常用的為阻抗按指數(shù)律變化的漸變式變換器。當(dāng)切比雪夫阻抗變換器的段數(shù)無限增加而變換器的總長固定，這種變換器對于固定的變換器長度得到幅度最小的等波紋通帶特性，為漸變式阻抗變換器的最佳設(shè)計。

一臺性能優(yōu)良的柴油機和一臺效率高的渦輪增壓器，組合在一起后變成的增壓柴油機，其性能會更好。但這里有一個合理匹配的問題，合理匹配的前提是認真仔細的前期研究和實驗獲得的。

（1）柴油機和壓氣機的匹配。

柴油機和壓氣機的匹配，主要指柴油機所需空氣流量及壓氣機所能提供空氣流量的匹配。根據(jù)柴油機用途不同，其特性也會不同，如負荷特性、速度特性、調(diào)速特性等。要用一個增壓器完全滿足些特性的匹配條件，必須滿足以下條件：滿足柴油機上述特性的空氣流量曲線可盡量穿過氣機流量一效率曲線的高效率區(qū)，尤其是常用工況75%～90%負荷時應(yīng)在壓氣機高效率（菱形B區(qū)）。

柴油機的特性曲線，特別是速度特性的空氣流量曲線應(yīng)遠離壓氣機的喘振區(qū)，即所說的要有足夠的富裕喘振區(qū)，通常要大于10%以上。

（2）柴油機和渦輪的匹配。

這里所指的匹配，主要指柴油機所提供的廢氣流量、壓力溫度和燃氣渦輪所需廢氣流量、壓力、溫度的匹配，主要有以下方面：在柴油機整個運轉(zhuǎn)過程內(nèi)，渦輪機均具有較高的效率；柴油機排氣管、排氣道、排氣門和渦輪渦殼通道、噴嘴環(huán)、渦輪葉輪通道都要匹配合理，使柴油機在不同特性區(qū)域內(nèi)都能到獲得優(yōu)良的性能目標(biāo)。