渦輪增壓發動機設計參數優化

宿良 趙明

摘 要：發動機性能仿真技術己經成為現代發動機設計方法的重要內容，通過發動機 性能仿真可以對設計參數進行優化和性能預測，從而減少試驗量，加快研究開發 進度。近年來發動機性能仿真計算己經成為內燃機研究開發工作的一個重要環節 和手段。本文主要對增壓發動機性能影響比較大設計參數進行了優化。

關鍵詞：渦輪增壓;進氣歧管;排氣歧管

1進氣歧管的優化

對于增壓發動機而言，氣體的波動效應對發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動機的性能影響比較大，因此有必要對增壓發動機進 氣歧管直徑和總管長度進行優化。圖1.1 （a）和圖1.1 （b）是不同進氣歧管直徑 對發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，發動機的扭矩和充氣效率最大，尤其是在中高轉速范圍內優勢更明顯。為了 分析其原因，圖1.2和圖1.3給出了一個循環內進氣歧管內的壓力波動和進氣質量流量，從圖1.2可以看出，在發動機轉速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 增加缸內進氣流量，如圖1.3所示，進氣門打開前期原進氣歧管內的質量流量較低， 但是經過450°CA以后，質量流量就超過了進氣歧管直徑增加12mm的質量流量，并且一致持續到進氣門關閉，能有效提高發動機充氣效率。

2發動機排氣管連接方案優化

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的發動機在低轉速范圍內扭矩比較大。在恒壓增壓連接方案下發動機的 扭矩在低轉速范圍內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勢，從兩種方案中選取最優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管長發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發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，在中高轉速兩種方案的扭矩和油耗基本相當。

綜上所述，增壓發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速扭矩，通過增加氣門重 疊角20°CA左右右，增壓發動機有望在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：發動機N級渦輪增壓器的研究

項目編號：J15LB64