大功率柴油机增压器的匹配与分析

沈祖杰++陈正林++高原++季春雷++赵祖玲

摘 要：涡轮增压是柴油机降低排放、提高经济性和动力性的重要方法，已经得到了广泛的应用。对柴油机与不同增压器进行选型匹配试验，通过对匹配后的相关试验数据进行分析，并结合客户的需求，选择最佳的增压器。

关键词：增压器；匹配；性能；分析

中图分类号：TK42 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）27-0068-02

1 概述

涡轮增压是内燃机发展的一个飞跃，它是发动机领域内降低排放，提高燃油经济性、强化升功率的有效技术手段。现如今，工业先进国家已经把涡轮增压机型作为柴油机的基本型。为了让增压器对柴油机性能的提高达到最好，除了增压器和柴油机本身的良好性能外，两者之间匹配是否合理，也会对柴油机性能产生直接的影响，所以柴油机进行增压器匹配具有重要的意义。

涡轮增压柴油机对匹配性能的要求主要有以下几个方面：

（1）柴油机在压气机高效率区运行，要有一定的裕度，最好大致平行于增压器等效率曲线，不发生喘振也不阻塞。

（2）柴油机在标定工况下运行时，要达到预期的进气压力Pb和空气流量qmb，保证足够的过量空气系数φa，燃油消耗be也要满足要求。

（3）柴油机工作时不能出现过高的排温TT。

（4）柴油机工作时增压器转速nTb不能超过其最大值，以保证增压器转子安全；也不能出现过高的增压压力Pk和过高的爆压Pmax，导致太大的机械负荷。

（5）柴油机在小负荷时增压压力与背压能形成交点，说明柴油机与增压器的匹配良好。

（6）增压发动机能达到预定性等指标，在低负荷范围内不出现过高的油耗。

2 设计输入

南通柴油机股份有限公司针对陆用发电开发的十六缸增压中冷柴油机，为四气门、电控单体泵、废气涡轮增压、空空中冷型柴油机。具体参数见表1。

表1

3 增压参数的确定

为了保证发动机与增压器的匹配达到最佳，即达到预定的各项性能指标，首先要确定合理增压参数，主要的增压参数有：

（1）增压压力Pk和壓比πk。

（2）涡轮前排气温度tT。

（3）空气流量mA（kg/s）。

（4）大气压Po和气温to。

4 增压器的选型和匹配试验

根据参数要求，对该柴油机增压器进行选型，第一方案选用SJ130NT增压器。根据试验参数，绘制联合运行线（见图1），从图1中可看出曲线已经在喘振线上方，发生喘振的可能性较大。引起增压器喘振原因有很多，比如进气管管道容积过小，使气流脉动大从而引起的柴油机喘振。在调整增压器型号时，要先弄清楚发生喘振现象的原因，从而采取合理的调整方案：

（1）采用更小型号的增压器。让增压器的喘振线大致平行于原压气机的喘振线并且向流量小的一边移动，这样运行线就可以脱离喘振区。在选用新型号后，柴油机的运行线已经不是原有的曲线，故需重新做相关试验。

（2）减小压气机的流通截面。压气机的叶轮和扩压器的截面都要相应减小，它的特性线曲线将大致平行原特性曲线，并且将向流量小的方向移动。

（3）适当的减小压气机进气口的直径。如果能判断出喘振是在叶轮中发生的，则可以对应减小叶轮的进气口直径，从而使特性曲线向小流量方向移动。

（4）扩压器的进口角适当减小。当运行曲线偏离喘振线较远时，则可采取与上述方法相反的调整措施，使柴油机运行线处于压气机的高效区。

综上，调整增压器，改用SJ140Y-1型增压器，继续进行匹配性能试验，根据试验参数，绘制联合运行线（见图2），从图2中可看出压气机工况点发生喘振和堵塞的风险较小，同时，有较大的堵塞裕度，柴油机的最大工况点处于压气机高效率区范围内，且运行曲线的高效率区较大。柴油机性能曲线参数见图3（功率、油耗率）。

5 结束语

通过匹配试验和分析，SJ140Y-1型增压器运行曲线的高效率范围较大，匹配较好，在实际应用中得到了验证，该款柴油机的各项性能指标均达到设计要求。

参考文献：

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