某發動機增壓器匹配方案研究

雷蕾，劉閃閃，張超，林欣欣，李波

（江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601）

0 前言

隨著國家經濟的迅猛發展，能源需求量越來越大，而石油資源日益枯竭，能源的供需矛盾越發突出。渦輪增壓技術的出現很好地解決了工程師們對發動機動力性、經濟性和排放等性能指標的要求［1－2］。同時，發動機增壓器匹配得合適與否對發動機整機性能將產生直接影響。為了保證整機匹配增壓器后的改善效果，除要求發動機和增壓器自身性能良好外，兩者匹配應表現出最佳的綜合性能［3］。在增壓器匹配分析中，當匹配方案較多時，借助一維熱力學仿真軟件可以對各方案進行全面對比，為匹配選型提供合理建議從而提高工作效率、降低研發成本［4－5］。目前市場上比較受用戶歡迎的一維熱力學仿真軟件都經過多年的發展已經日趨成熟［6］，因此文中基于某一維熱力學仿真軟件對某汽油機增壓器各種匹配方案進行研究。

1 計算模型

基于某一維熱力學仿真軟件搭建該增壓汽油機的熱力學分析模型，見圖1。通過與全負荷外特性試驗數據對標，包括進排氣損失、進氣量等，進行熱力學模型校準，盡可能地模擬發動機真實工作狀態，確保模型準確性。

2 增壓器匹配計算

增壓器匹配的要求:（1）設計工作點的增壓壓力、空氣流量、汽油機功率、燃油消耗率能達到預期要求;（2）要盡可能使汽油機運行線穿過壓氣機特性線的高效區并與喘振邊界線大致平行，且保持合適的距離，即喘振余量在10%～15%之間;（3）在整個工作范圍內，發動機和增壓器的熱負荷不能超過材料熱應力許可范圍。

此次計算將各方案的扭矩、渦前排溫控制在設計要求值，通過比較油耗、增壓器效率等參數來分析判斷各方案優劣，即找出壓氣機和渦輪機的最佳匹配組合。

（1）計算方案

在增壓器匹配分析中，當匹配方案較多時，借助一維熱力學仿真軟件可以對各方案進行全面對比，為設計改動提供合理建議從而提高工作效率、降低研發成本。

目前現有壓氣機A、B和渦輪機C、D，通過兩兩匹配得到4種方案，見表1。

表1 4種匹配方案

（2）計算結果

圖2為4種方案的全負荷外特性計算結果，扭矩、功率、進氣量水平相當，且符合目標要求。比較油耗水平發現:1 000～3 000 r/min 4種方案水平相當;3 000～5 000 r/min，選用壓氣機A的方案1和方案2油耗水平較低。

從圖3可以發現:方案1和方案2的增壓器總效率整體上高于方案3和方案4;選用壓氣機A的方案1和方案2壓氣機效率較高;而選用渦輪機C的方案1和方案3渦輪機效率高于選用渦輪機D的方案2和方案4。

分析圖4，1 800～2 000 r/min時4種方案的進氣歧管進氣溫度均超過設計進氣溫度要求50℃;4 000～5 000 r/min，選用壓氣機B的方案3、4進氣溫度超過設計要求。3 000～5 000 r/min，選用壓氣機B的進氣壓力高于壓氣機A，這與進氣溫度趨勢相一致。4種方案排氣背壓水平相當。

比較圖5、圖6可以發現:低轉速區域，方案1和2的壓氣機A離喘振線距離更遠，留有的喘振裕度更大一點;中高轉速區域，方案1和2的壓氣機A效率也更高。

3 結論

（1）4種增壓器匹配方案均能滿足全負荷性能目標要求。

（2）方案1為4種方案中的最優方案，壓氣機A要優于壓氣機B，渦輪機C要優于渦輪機D。

【1】王軍，李龍超，李自強.某客車動力總成匹配優化計算［J］.合肥工業大學學報:自然科學版，2009，32（11）:41 －43.

【2】陳家瑞.汽車構造［M］.北京:人民交通出版社，2000:255－256.

【3】周龍保.內燃機學［M］.北京:機械工業出版社，2010:65－67.

【4】劉永長.內燃機原理［M］.武漢:華中科技大學出版社，2001:220－221.

【5】王啟航.現代車用柴油機實用技術［M］.大連:大連理工大學出版社，2012:19－20.

【6】王超，楊陳，沈源，等.進氣歧管結構對發動機性能的影響［J］.內燃機，2013，6（3）:16－19.